韋伯看到宇宙最深處，發現“大爆炸”似乎沒有發生！天文學家：恐慌！
隨着史上最強大的太空望遠鏡詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）投入觀測以來，天文學家都在殷切期待新的觀測結果。這架太空望遠鏡遠在距離地球150萬公里的太空中，它可以排除地球大氣干擾，直接窺探到宇宙的最深處。
雖然光速很快，但還是有限的，如果在距離上能夠看得更遠，就能在時間上回溯得更加久遠。天文學家寄希望於韋伯太空望遠鏡能夠看到宇宙的最深處，接收到宇宙發出的第一批星光，從而研究宇宙最初是怎樣的。
在對韋伯最新的觀測數據進行分析後，結果完全出乎天文學家的意料，138億年前的宇宙大爆炸似乎沒有發生！預印文本《arXiv》刊載了一項新研究論文[1]，標題開頭甚至寫了“恐慌！（Panic!）”。
天文學家Allison Kirkpatrick更是直呼：“現在我發現自己凌晨三點醒着躺在牀上，想知道我做的一切是否都是錯的。”
那麼，韋伯究竟看到了什麼？為什麼天文學家會有這樣的反應？
過去，天文學家普遍認為宇宙是靜態的，存在了無限漫長的時間。百年前，愛因斯坦在創立廣義相對論後，用引力場方程來描述宇宙，結果發現宇宙並不穩定，所以他在方程中引入了宇宙學常數，以此來描繪一個靜態的宇宙。
但在廣義相對論誕生十多年之後，天文學家埃德温·哈勃卻有了令人匪夷所思的發現。哈勃觀測到，宇宙中的星系大都表現出紅移，而且距離越遠的星系，紅移效應越顯著，兩者呈正相關。
根據多普勒效應，光譜出現紅移，這意味着星系在遠離銀河系，導致光的波長被拉長。而且紅移值越大，意味着星系遠離的速度也越快。於是，哈勃就得到了著名的哈勃定律：
v=H0·D
其中v是星系的退行速度，H0為哈勃常數，D為星系的距離。
哈勃定律的發現，意味着宇宙不可能是靜態的，所以愛因斯坦很快就認識到自己錯了，去掉了引力場方程中的宇宙學常數。只有宇宙膨脹能夠解釋哈勃定律，整個宇宙空間結構在不斷擴張，迫使分佈於空間中的星系互相遠離。
既然空間隨着時間的推移而不斷膨脹，那麼，過去的宇宙無疑比現在小。倘若把時間回溯到遙遠過去的某個時刻，推測是距今138億年前，宇宙是無限小的狀態，那麼，這個“宇宙奇點”可以認為就是宇宙的時間和空間的起源。
一開始，宇宙中所有的物質和能量都集中在奇點，然後宇宙從大爆炸中誕生，這就是宇宙大爆炸理論。根據這一理論，宇宙最初三分鐘，合成了比例為3:1的氫和氦，其他元素幾乎沒有。
隨着宇宙的不斷膨脹冷卻，氫和氦聚集形成氣體雲，它們在引力的作用下，最終坍縮成恆星、星系。在恆星的核聚變和超新星爆發、中子星碰撞等過程中，逐漸合成了包括碳、氧、氮、硅、鐵、金等更重的元素，生命的誕生才有了元素基礎。
根據宇宙大爆炸理論，星系最初形成時，個頭非常小，形狀是不規則的，處於十分原始的狀態，看起來與如今的星系是天差地別。經過數十億年的演化，星系的結構不斷髮育，逐漸形成了螺旋星系、橢圓星系等結構明顯的星系。
然而，當韋伯望向宇宙最深處，試圖窺探最初宇宙的星系時，似乎看到了不該有的東西。根據另一項新研究[2]，134億年前的一個編號為GHz2的星系，其直徑估計只有600光年（銀河系直徑超過10萬光年），但考慮它的光走了長達134億光年還能被看到，可以計算出它的表面亮度是宇宙中最亮星系的600倍，密度是現在星系的數萬倍。
此外，韋伯的觀測結果顯示，遙遠宇宙中的星系似乎也不是各種不規則的形狀，並且也沒有大量發生碰撞，大部分星系似乎都有平滑的星系盤和明顯的螺旋結構，正如現在我們所看到的星系那樣。
根據另一篇即將發表在《自然》（Nature）雜誌的論文[3]，在紅移超過10的情況下，也就是光行距離超過133億光年，星系的數量至少是理論預言的10萬倍。
也就是説，早期宇宙中似乎就已經存在大量發育完全的星系，像銀河系這樣大小的星系不在少數。在如此短的時間內，顯然來不及形成如此多如此大的星系。《大爆炸從未發生》（The Big Bang Never Happened）的作者Eric J. Lerner認為，宇宙大爆炸並沒有發生過。
對於這樣的結論，主流天文學界是無法接受的，他們認為Eric J. Lerner誤讀了這幾篇論文的研究結果。宇宙大爆炸理論目前仍是描述宇宙起源的最好理論，受到了多個獨立證據的支持。
最關鍵的一個證據，甚至我們普通人都能發現。大家是否還記得小時候看過的黑白電視機，如果沒有信號，或者轉到沒有台的頻道，電視上就會出現滿屏黑白相間的無規律“雪花”，這種雪花屏恰恰能證明宇宙大爆炸，究竟是怎麼回事呢？
宇宙一開始非常緻密，温度極高，所有物質都是處於純能量的狀態。隨着宇宙不斷膨脹，温度持續降低，宇宙中才有條件形成物質，以及不受束縛的光子。根據推測，在宇宙誕生38萬年後，宇宙的温度變得足夠低，光子與帶電粒子退耦合，宇宙發出了第一縷光。
經過138億年後，這些最古老的光子還在如今的宇宙中傳播。但由於空間膨脹，這些光子的能量已經大幅衰減，波長拉長，變成了微波，充滿整個宇宙。無論我們朝着哪個方向觀測宇宙的最深處，最終都會看到這些微波，這就是宇宙微波背景輻射。
這些微波可以被電視機的天線接收到，呈現出來的就是雪花屏。據估計，雪花屏的1%來自於宇宙大爆炸的第一縷光，所以我們從某種意義上看到了宇宙大爆炸。
參考文獻
[1] Leonardo Ferreira, Nathan Adams, Christopher J. Conselice, et al. Panic! At the Disks: First Rest-frame Optical Observations of Galaxy Structure at z>3 with JWST in the SMACS 0723 Field, 2022, arXiv:2207.09428.
[2] Marco Castellano, Adriano Fontana, Tommaso Treu, et al. Early results from GLASS-JWST. III: Galaxy candidates at z∼9-15, 2022, arXiv:2207.09436.
[3] Ivo Labbe, Pieter van Dokkum, Erica Nelson, et al. A very early onset of massive galaxy formation, 2022, arXiv:2207.12446.