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为什么宇宙形成于137亿年的大爆炸,而非无始无终的恒定结构?

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发表于 2020-4-27 12:20:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
起源假说-从地球所在的太阳系,到银河系的隶属范畴宇宙

从大约46亿年前的分子云在坍缩之后形成太阳和原行星盘,到整个太阳系中的其他行星和卫星等天体形成,再到行星海王星和天王星的原始位置发生迁移。正如大家现在所了解到的那样,我们用星云假说来解释整个太阳系是如何诞生的,并在对年轻恒星的实际观测研究中得到进一步印证。
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众所周知,所有依托地球资源生活的地球生命都位于太阳系之中,而照亮我们的恒星太阳又身处于中型恒星系统银河系中。尽管地球的质量仅为其母恒星的三十三万分之一,但太阳却不过是银河系中再普通不过的一颗恒星。而那些位于宇宙其他星系中的超大质量恒星,其质量甚至可以达到太阳的300倍左右。

虽然,人类对太阳系的演化有了更深入的认识,而系外行星的发现数量也达到了数千颗,但我们目前的探测技术仍然有限。比如,外星生命和地外文明的存在难以确定,而宇宙中有多少个像银河系这般大小的宇宙岛也犹未可知。那么,为什么宇宙形成于137亿年的大爆炸,而非无始无终的恒定结构?大爆炸假说是如何战胜恒稳态理论的?
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什么是宇宙恒稳态理论?

事实上,在人类对宇宙进行探索的历史长河中,曾提出了多种关于宇宙起源的理论。而人们对宇宙的理解,也从古代创作出的神话故事,演变到通过现代科学中的物理定律来检验和证明。但即便是近代宇宙学中研究出的宇宙模型,也并不是只有被大家熟知的标准宇宙模型-大爆炸模型。

虽然,非标准模型不像标宇宙模型般具有唯一性,但稳态假说一定是其中最具有影响力的代表之一。宇宙恒稳态理论完美地避开了“奇点”的困扰,让宇宙在时间和空间维度都不曾存在过某个开始的点,并无始无终的持续地创造着新生事物。简而言之,不管是宇宙的过去、现在,还是未来,它在结构上都处于相同的状态。
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在著名科学家牛顿的巨著中,他将空旷、且向个方向持续衍生的空间描述为包含了太阳系在内的宇宙。而所有位于宇宙中的物体在运动时的动力来源,则皆始于万有引力原理。但在之后的时间里,由于用造父变星来计算哈勃常数的时候数值偏大,而宇宙的年龄被明显估算错误:毕竟地球的寿命都有46亿年,而宇宙自身却仅有20亿年,这明显不符合基本逻辑。

在稳态模型中,虽然宇宙中在日复一日的创造出新的物质,但就宇宙所包含的所有物质来说,密度并没有因为时间的递进而发生变化。不管我们将观察的时间和地点置于宇宙中的什么地方,可观测的宇宙在本质上是完全无差别的。简而言之,在无限的宇宙空间里,所有位置在物质的分布上都是均匀的,时间和位置皆为等价关系,宇宙图像不会因为观察者的意识而转移。
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宇宙恒稳态理论的关键论点有哪些?

准确来说,稳横态宇宙学的提出是在1948年的时候,而且是由3位年轻的天体物理学家所提出,他们分别福雷德·霍伊尔、邦迪和戈尔德。而且,这一观点在当时还获得了不少天文学家的支持,而主要依据则有以下几点:

首先, 由哈勃观测到星系数据所得出的宇宙膨胀速度存在时间尺度问题,距离值变大之后会导致膨胀速度呈现出规律性增加的特性。倘若宇宙是从狭小的空间开始演化,并以每兆帕秒500 km / 持续。那么,这便意味着所有物质的膨胀时间,也就是宇宙的最大年龄只有20亿年左右。显而易见,该结果与古老岩石的放射性测年数据(约46亿年)相矛盾。
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其次,恒稳态理论将爱因斯坦的宇宙学原理进行了拓展,宇宙以大约每千亿立方米每立方米一个氢原子的速度进行新物质的创造。早在1931年的时候,爱因斯坦就提出了会抑制重力的宇宙常数,且所有位于宇宙中的大规模结构都具有稳定、同质,以及各向同性的基本特征。

同时,虽然宇宙大爆炸理论最先提出,但该理论当时并不能解释星系是怎么产生的;而恒稳态理论中物质的产生,则本就是一种再自然不过的事,且随时都在发生着。而新物质的产生,以及观测到的膨胀现象,则可以通过恒稳态的起伏解来解释,物质在空间局部的分布为什么会出现不均匀的现象。
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另外,稳态宇宙学不能存在密度或温度高的初始状态,不存在奇点一说。而在稳态宇宙基础上进行的超前势和推迟势研究中,只有推迟势在实际观测中得到印证,这也从间接角度支持了宇宙结构的恒定和无始无终。
为什么宇宙形成于137亿年的大爆炸,而非无始无终的恒定结构?

大爆炸假说最早始在1927年被提出,它的诞生时间比宇宙恒稳态理论早出21年的时间,但“大爆炸宇宙论”被理论创始人伽莫夫(美国物理学家)正式提出则是1946年。其实,大爆炸并不是真的发生了异常巨大的爆炸,而是宇宙体系在该时期快速疯涨,致使其中的物质密度从密集变得稀疏。
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客观来说,不管是大爆炸宇宙论,还是宇宙恒稳态理论,它们本质上都是宇宙学领域中的不同学说。虽然,宇宙恒稳态理论也曾在一段时间里被众多天文学家和人们信奉,但终究还是在之后的时间里被推翻。而大爆炸假说下的宇宙,则始于大约137亿年前的奇点发生大爆炸并发生膨胀,我们现在看到的宇宙曾经历过一段由热变冷的阶段。

毋庸置疑,宇宙恒稳态理论的确是大爆炸假说的劲敌,但这样的局面在1950到1960的这十年间发生巨变。随着人类探测技术的进步,有越来越多的实际观测结果开始倾向大爆炸假说,并成为了推翻稳态假说的证据:

在哈勃的实际观测中所发现的星系红移现象,说明了光波的波长变长。而光波的变长又是宇宙膨胀作用的结果,科学家们以此确定了许多星系的位置,以及不同星系之间大约间隔的距离。
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当科学家们对射电星系和类星体进行观测时,这些无线电源的发现地都位于距离地球特别遥远的星系之中。也就是说,在这些与银河系并不相邻的星系中,研究人员能够探测到类星体的无线电源,这说明很多星系都因为时间的流逝而逐渐变成无声的存在。但它们远去所导致的不易被人发现,并不意味着它们不是真实存在的宇宙物质。

1961年,研究人员在搜集了大量无线电源数据之后,统计分析结果显示星系中明亮无线电的分布并不均匀。这无疑给宇宙恒稳态理论致命一击,因为实际观测已印证宇宙空间中物质的分布存在差异性,而并非恒定不变。
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事实上,1964年发现的CMB(宇宙微波背景),则是推翻宇宙恒稳态理论的主要论据。与此同时,以哈勃太空望远镜为代表的观测结果更发现,宇宙膨胀在过去的数十亿年时间中一直在加速。改进之后的哈勃常数,将宇宙膨胀率预估到了每Mpc 43.5至46 mps,3%误差范围与宇宙大约138亿年龄的实际观测结果高度一致。

时至今日,纵然仍有一部分天体物理学家、或宇宙学家在体长宇宙恒稳态理论,又或是在稳态理论上演化出的新变体。但是,就目前的研究来看,它并不大可能会替代宇宙大爆炸理论来解释宇宙的诞生。
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而且,随着2014年宇宙原初引力波存在的证据被发现,再加上2个大约太阳质量30倍的黑洞、在13亿年前发生合并后所形成的引力波被观测到,在如此多的实际观测证据让大爆炸假说所面对的质疑点越来越少。

虽然,大爆炸本身也是宇宙学上的一种假说,但它的科学性却在越来越多的实际观测中被印证。这也是为什么在众所宇宙起源假说中,大爆炸理论能够脱颖而出、并被更多当代人信服的根本原因。
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发表于 2020-4-27 12:20:15 | 显示全部楼层
宇宙的形成跟生命的孕育是一个道理,一开始很细小的小蝌蚪找到家了形成生命,万倍的变大~
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发表于 2020-4-27 12:20:27 | 显示全部楼层
137亿年也算错了,一些黑洞的年龄远超过137亿年
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