在未来大爆炸理论会不会被推翻,或者证明是错误的?

我们以前听说过,宇宙是从一个奇点开始的,但是我们根本无法定义这个奇点到底是个什么东西,是一个密度无限大、体积无限小的点?很明显这是一个让人无法理解的描述。

因此,我们后来将宇宙的起源描述为从一个炙热的、稠密的、膨胀的状态开始的,从那以后宇宙一直在冷却。

导致这样的描述的原因是因为一个重要的观察结果和一个关键的理论发展,

在观测方面,人们在20世纪20年代注意到天空中那些模糊的螺旋状星云其实是宇宙中独立的星系,并且正以惊人的速度远离地球,它们距离我们越远,平均而言远离我们的速度更快。

大约在同一时间,爱因斯坦也发表了他的广义相对论,并且在1919年的一次日全食中,人们通过观察光线在引力作用下的弯曲,证实了理论的正确性。广义相对论禁止一个静态的宇宙存在,空间本身要么收缩、要么在膨胀。

通过将观测结果与最佳、最成功的理论预测相结合,我们得出了一个无法避免的新结论:宇宙本身的结构正在膨胀,而造成光线明显红移衰退的原因是,来自遥远光源的光线被空间本身的膨胀拉长了。

但是,对宇宙膨胀的观测和理论的结合本身并没有使大爆炸成为一种必然。更确切地说,大爆炸理论只是当时许多前沿的新假设之一,其他的宇宙模型还有疲劳光假说、稳态模型和等离子宇宙学/电性宇宙模型。

当时这些宇宙模型各有各的说法和优势,但是使得大爆炸理论成功的原因是它独特而又惊人的预测,大爆炸模型预测:

宇宙空间曾经如此的炙热和稠密,高能辐射导致了原子核都无法形成!随着宇宙的冷却,在空间中经历了类似于恒星中的核合成时期,并且非常具体的预测了轻元素,包括氘、氦-3、氦-4和锂的数量,这些元素的含量在宇宙中第一批恒星形成之前是不会发生变化的。

宇宙经历了核合成以后,接着就会冷却到一个中性原子可以稳定形成的状态,并且宇宙开始对当时存在的所有的辐射变得透明。宇宙的膨胀会导致这些辐射的波长被拉长,从而冷却,这就是大爆炸留下的余晖,今天这些余晖的温度之比绝对零度高高几度,而且符合黑体辐射。

此外,大爆炸还宇宙的恒星、星系和星系团这些结构,会随着时间的推移逐渐演化成长。如果我们在宇宙中看的越远,我们就能看到宇宙中星系早期的样子,也就是它们的婴儿时期。

对宇宙大爆炸留下的余晖的发现,在20世纪60年代这个充满全天空的辐射被发现时称为原始火球,今天我们称其为宇宙微波背景辐射,证明了宇宙大爆炸模型的正确性,并且否定了其他可能的宇宙模型。

大爆炸模型存在的问题

大爆炸理论的成功并不一定就意味着我们的宇宙就要以这种方式展开,也就是说,大爆炸理论并不是解释一切的最终答案。这只是人类认识宇宙旅途中的第一步,它成功而又明确的解释了当今宇宙中我们所看到的许多特性,但是除了大爆炸理论本身所能解释的问题以外,我们发现了更多的问题需要解释,包括:

宇宙中结构的种子,也就是产生恒星、星系、星系团的高密度区域是从何而来的?(宇宙暴涨)

为什么宇宙空间在各个方向上的温度、密度和性质是一样的?(宇宙暴涨)

为什么宇宙的空间曲率是完全平坦的、而不是正弯曲或者是负弯曲?(宇宙暴涨)

为什么宇宙的膨胀率会随着时间而发生变化?(暗能量问题)

为什么今天的宇宙中没有留下磁单极子这样的超高能量的遗迹呢?(宇宙暴涨)

为什么宇宙中结构的形成表明,物种中有一大部分的物质似乎不与辐射发生相互作用?(暗物质问题)

以上的所有问题就是大爆炸理论在被提出以后,人们发现这个理论无法解释的问题,所以我们一直在对大爆炸模型进行改进,包括,我们提出了在大爆炸的热状态之前宇宙还存在一个暴涨阶段,证实这个阶段的存在传召了热大爆炸的状态,是它导致了空间呈指数膨胀,造成我们现在看到的宇宙空间曲率和平坦无法区分,是它导致了宇宙空间的各项同性,是它导致了宇宙早期的高能奇异粒子被稀释到了我们今天无法发现的程度。

并且我们提出了暗物质的存在来解决宇宙物质质量的确实问题,提出了暗能量来解释宇宙膨胀率的变化问题,不过它们的性质仍有待确定。

除了已经提出理论解决有待确定的问题以外,我们还需要提出新的理论和物理学来解释中微子质量的问题,以及宇宙为什么更加偏爱物质而不是反物质。

科学理论的发展以及大爆炸理论的未来

大爆炸虽说是我们解释宇宙最好的理论,但它不是一切问题的答案,我们还有更多的东西需要学习,虽然我们后来提出的很多理论取代了大爆炸原有的解释,例如:大爆炸认为宇宙最初是一个奇点,宇宙也来自于奇点大爆炸,但这已经是一个过时的说法了,我们现在认为宇宙来自于暴涨,宇宙中从来没有过奇点这种我们无法理解的东西。

但是没有一个理论使得大爆炸理论失效,都是对大爆炸的补充!这其实就跟广义相对论提出以后,牛顿的理论并没有被彻底的否定,而是牛顿的理论有一定的适用范围,包括:低速环境和弱引力场环境。大爆炸理论也有它的有效适用范围,它只能解释宇宙138亿年的事,在这之前无法解释。

值得注意的是,所有的科学理论都是如此!进化论解释了今天地球上生命的多样性,以及生物进化的机制,但它并不能解释生命的起源。引力理论解释了物质和能量体验的引力方式,以及它如何影响空间和时间,但它没有解释空间和时间本身的性质。每一种理论都有一定的有效性,除此之外,我们还需要有更好的科学理论,进一步扩展其有效性的范围。

一个简单的观察可能会改变我们认为我们知道的一切,如果新的数据与我们的理论预测相矛盾,我们最神圣的结论和理论可能会被证伪。但它不会使我们已知的理论失效;新的理论只会提供一个更好的方法来更好地理解我们周围的宇宙。

所以我相信在未来,大爆炸理论很有可能被别的更好的理论所替代或者继续的补充完善,但不会被证实我们之前的理解是错误的,也不会被彻底的抛弃或者推翻。

今日深圳网版权声明:
今日深圳网倡导尊重与保护知识产权。未经许可,任何人不得复制、转载、或以其他方式使用本网站的内容。如发现本站文章存在版权问题,烦请提供版权疑问、身份证明、版权证明、联系方式等发邮件至748492175@qq.com,我们将及时沟通与处理。
责任编辑:yuan4ren

文化

精彩深圳 新闻早知道 进入栏目
栏目推荐
关于我们 |  联系方式 |  招聘信息 |  版权声明 |  网站地图
今日深圳网 版权所有 2020-2021 如果您发现本网站上有侵犯您的合法权益的内容,请联系我们,本网站将立即予以删除!
广告合作QQ:748492175 | 邮箱:748492175@qq.com