通俗講講大爆炸宇宙論，證據擺在那，你支持還是反對？
點擊： 作者：時空通訊 來源：百度百家號 發布時間:2021-02-06 11:05:22
有很多的網友對宇宙大爆炸理論質疑和反對，這是可以理解的，因為這個理論的確有些匪夷所思。但看了一些網友提問和評論，有很大一部分是連大爆炸理論皮毛都不了解，僅憑吃喝拉撒的簡單生活常識就質疑和反對的，就覺得作為一個科普作者，還是有必要再說一下。
這次就不說那么復雜了，從最簡單通俗之處來討論。能讓沒有一點這方面常識的朋友，也能從中進入這個理論的框架中，得窺其一斑，嘗到學習科學知識的樂趣，時空通訊流心滿意足了。
大爆炸宇宙論不是聽人們說，也不是人云亦云，更不是科學家們拍腦袋隨便臆想出來的，而是許多代科學家前赴后繼，經過長期觀測研究的結果，這個理論證據充分邏輯嚴密。不管你信不信，這個理論早就已經是科學界公認的宇宙標準模型理論，絕大多數科學家都信。
今天我就用最通俗的方法，講講奠定大爆炸宇宙論基礎的證據~星系光譜紅移。
要說清楚星系紅移，還得簡單說說多普勒效應。
多普勒效應這個科學名詞看起來很洋氣高深，但通俗說起來還是很簡單。就是不管聲波還是光波都有多普勒效應，當移動的波源快速向你靠近時，波長會縮短，頻率會變高；當目標快速遠離你時，波長會被拉長，頻率就會變低。這種變化大小會與速度成正比。
我們日常生活中，聲波的多普勒現象就很平常能夠感受到。當一列火車或汽車高速向你駛來時，其發出的鳴笛聲就會變得高昂；當從你身邊駛過遠去時，笛聲就會變得低沉。這就是聲波的多普勒效應。
光波的多普勒效應就是隨著波源的移動，光譜會發生向紅端或藍端移動，簡稱就叫紅移和藍移。可見光是一種復合光，通過棱鏡，我們可以把可見光色散成紅黃橙綠青藍紫七色，這些有色光波長在760nm~380nm之間，紅光波長最長，紫光波長最短。
根據多普勒效應，快速離我們而去的光源波長會被拉長，快速靠近我們的光源波長會被壓短。這樣從光譜上就可以看到，高速遠離我們的光源光譜會向紅端移動，高速靠近我們的光源光譜會向藍端移動。而且這種移動的幅度與速度成正比，速度越快移動得越多。
從光波多普勒效應得出宇宙正在膨脹。
隨著望遠鏡技術的發展，人們對空間的觀測越來越便利和深遠。上世紀初期，美國天文學家埃德溫·哈勃通過天文望遠鏡對星空的長期觀測，發現了一個重要現象，就是遠方的星系光譜都在紅移，越遠紅移越厲害，并且各向同性。
這就說明了一個道理，就是遠方的星系都在離開我們，而且越遠離開得越快。1929年，哈勃發現河外星系視向退行速度與距離成正比，即距離越遠，視向速度越大，距離和速度呈線性正比例關系，于是建立了哈勃定律理論。
哈勃定律簡單表達為：Vf = Hc x D。這里Vf表示物體遠離速率，單位km/s；Hc表示監測到的哈勃常數，單位km/（s·Mpc）；D為相對地球的距離，單位Mpc（百萬秒差距，1秒差距約3.26光年）。
根據監測到的哈勃常數，也就是距離我們326萬光年處星系離開我們的速度，按照哈勃定律就可以計算出距離我們任意遠星系離開我們的速度，也可以從星系離開我們的速度，得出相對我們的距離。
從哈勃定律可以看出，遠方的所有星系都在遠離我們而去，越遠越快，由此證實了宇宙在膨脹。根據多國長期多次測得的哈勃常數，平均值約在75km/s·Mpc，這樣根據哈勃定律計算可以得出，在可觀測宇宙465億光年半徑的最遠處，星系遠離我們的速率達到光速的3倍多。
那么，為什么說宇宙是大爆炸產生的呢？
這就需要反推了。我們看到遠方的所有星系，都在急匆匆地離我們遠去，它們又是從什么地點、什么時候開始出發的呢？
從哈勃定律我們可以很輕易從中得到一個推論：這些四面八方的星系都在離我們而去，說明它們都是從“我”的身邊出發的。那么我們就可以反推，在已經過去的任何時刻，這些星系都比現在距離我們更靠得近一些，并且由此可以推斷出，在過去某個時刻，這些星系必然都是緊密的擠在一起的。
這樣就預示了過去有某個時刻，有一個重要的點。我們的宇宙就是在這樣一個點上，某個時刻爆炸或者說是膨脹開來的。這個點就是奇點，這個時刻就是138.2億年前。
宇宙壽命，也就是爆炸的時間點是根據觀測和理論，經過復雜的計算方式得到的。由于哈勃常數每次測得的數據都不一樣，因此宇宙準確年齡尚無定論，這里就不展開說了。下面著重說說奇點問題，因為奇點才是很多人質疑大爆炸的原因。
為什么宇宙開端不是一個巨大的球，而是一個奇點呢？
這就涉及到愛因斯坦的引力場理論了，引力場論是愛因斯坦廣義相對論的核心，是闡述質量與時空關系的理論。
1916年，愛因斯坦的廣義相對論發表沒多久，著名的德國物理學家、天文學家卡爾·史瓦西，就根據愛因斯坦場論，發現了史瓦西半徑。這個理論是說任何具有質量的物體都有一個臨界半徑值，當體積小于這個臨界值時，就會出現奇異現象，就是這個物體的引力會達到極端，在引力無限壓力下，任何物質都不會再以我們可以理解的形式存在，都會無限坍縮成一個奇點。
這個奇點體積無限小，熱量無限高，密度無限大，曲率無限大。以這個奇點為中心，在周圍形成一個史瓦西半徑大小的球狀空間，這個空間引力無限大，任何物質只要接近這個空間，都無法逃逸，光速也不例外。
一個原子，一個星球都是這樣，宇宙當然也這樣。計算史瓦西半徑的公式為：R=2GM/C^2。這里的R就是史瓦西半徑，這個半徑是一個球狀，包裹著中心的奇點；G為引力常數，近似值為6.67*10^-11N·m^2/kg^2；M為物體質量，單位kg；C為光速，近似值為300000000m/s。
根據這個公式，可以計算出地球的史瓦西半徑約為0.9cm，太陽的史瓦西半徑為2952m。現在宇宙中發現的任何恒星、白矮星、中子星、黑洞都嚴格符合愛因斯坦場輪和史瓦西半徑理論，因此這些發現都是愛因斯坦廣義相對論的預言。
那么宇宙的史瓦西半徑是多少呢？
我們現在無法估量宇宙真正的質量，按照一些人認為的可觀測宇宙質量約為10^53kg，那么其史瓦西半徑則約為157億光年。這就是說當宇宙收縮到約157億光年半徑時，整個宇宙就會坍縮成一個奇點。
而我們可觀測宇宙現在的半徑為465億光年。當然，按照大爆炸宇宙理論，宇宙還有不可觀測宇宙，也就是理論上人類永遠無法觀測到的那部分宇宙，這些宇宙范圍有多大，質量有多少，至少我們迄今無法知道。
根據這個理論，在宇宙大爆炸開始那一刻，宇宙不可能是一個巨大的球，這就是宇宙為什么是從一個奇點爆炸出來的推論。
有人又有疑問了，根據前面說的宇宙膨脹各向同性，都是離我們遠去，看起來我們就是宇宙中心，最早的時候宇宙中所有的物質都是集中在我們站的地方嗎？難道我們是宇宙的中心？
科學的回答是：宇宙沒有中心。
這怎么理解呢？我們可以用一個正在膨脹的氣球來想象。在這個氣球表面有很多斑點，每一個斑點都是星系，這樣隨著氣球的不斷膨脹，我們可以看到不管把自己定位在哪一個點上，周圍的星系都會離我們遠去，而且越遠的離開得越快。
這就是說，宇宙是沒有中心的，如果有觀測者，無論站在什么地方，看起來不自己都是中心，所有的星系都在遠離我們。而追溯到宇宙大爆炸那一刻，所有的宇宙能量只能集中在一點，包括我們和所有的地方。
當然宇宙的模型并不是像一個氣球這么簡單，很復雜，對宇宙時空有多種說法，有平坦說、馬鞍形、曲面型等等，這里就不討論了。
宇宙大爆炸之前是什么樣子呢？
這個問題現代科學還無法解答，因為奇點本身就不是我們世界的物質，是一個超時空的玩意，而人類現代所有的理論，都只能解釋奇點之后的世界，在奇點處就失效了。
量子力學的發展，讓人們從物質的更深層次開始了解世界，也試著了解宇宙更深層的理論。量子理論認為，在宇宙誕生前的虛無中，蘊含著無法估量的真空零點能，這些能量會以量子漲落的方式隨機出現。
何謂量子漲落？就是能量的漲落，無法預測的隨機出現。這些隨機出現的虛粒子對基本遵循正反能量守恒原則，瞬間同時出現，又瞬間隨機湮滅，整體上處于能量守恒和平衡狀態。
但后來的研究發現，這種平衡并不是絕對的，會出現意外的對稱性破缺，也就是極個別虛粒子會沒有湮滅而留存下來，這樣就打破了平衡，出現了宇宙。這就是宇宙的起源，宇宙就是從這些偶爾出現留存的粒子中爆發的。
這種理論也預示著除了我們宇宙，在我們宇宙之外還可能存在其他很多宇宙，甚至無數個宇宙。
楊振寧和李政道獲得諾貝爾獎的“宇稱不守恒定律”，說的就是這個道理。他們的“道理”得到了科學實驗的驗證，成為現代量子力學的一個基礎理論。霍金的黑洞蒸發理論也運用了這個“道理”。
但宇宙是不是真的這樣誕生的呢？尚無法定論。但這絲毫不影響大爆炸宇宙論早就成為了科學界公認的標準宇宙模型理論。
大爆炸宇宙論得到了越來越多證據的支撐。
比如宇宙微波背景輻射被認為是大爆炸高溫經歷了138億年，空間殘留的余燼，現在只有2.725K，與大爆炸時刻和溫度交相印證；觀測到130多億光年遠的嬰兒星系，與宇宙形成時間和預測狀態基本一致；宇宙中元素豐度變化基本符合大爆炸理論預期；恒星、星系的形成、演化，白矮星、中子星、黑洞的發現等完全符合愛因斯坦廣義相對論預測；暗物質、暗能量理論與場論結合，完美地揭示了星系形成、宇宙結構、宇宙膨脹等宇宙演化事實。
現代宇宙學的很多新發現和理論發展，都是在大爆炸宇宙理論指導下得到的，所有的理論和發現都支持了這個理論，迄今沒有發現有價值的反證，沒有人能夠證偽這個理論。而其他的一些宇宙誕生理論都很稚嫩，且無法自圓其說，沒有一個得到科學界廣泛支持。
這就是大爆炸理論的通俗由來，有很多高深理論我也還要繼續學習弄懂弄通，就不在這里賣弄了。說了這么多，信不信由你，但我只能奉勸某些人，對科學的東西可以不信，更可以質疑，但要建立在理性和科學方法基礎上。
作者：時空通訊 來源：百度百家號（侵刪）
責任編輯：向太陽
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