為什麼宇宙是從大爆炸開始的,科學家是如何得出這個結論的呢?下面我們就來一起看看。
要解釋這個問題之前,我們先要從“奧伯斯佯謬”開始說起。奧伯斯是一位天文學家,他提出了一個和現實生活中的感覺完全相反的結論,也叫佯謬。他說,假如我們常規的宇宙是穩態的,就是從宏觀上看,宇宙㐊靜止的、均勻的,而且是無限的,那麼你在夜晚的時候抬頭望向天空,這時天空應該是明亮的,而不應該只有幾顆星星。
為什麼會這樣呢?晚上沒有太陽,為什麼是亮的呢?因為宇宙是均勻無限的,所以宇宙中的發光星球在宇宙中瀰漫,瀰漫的結果就是你在地球上的任何地方,都能看到一顆星星,而天空就是被這些星星的亮度點亮的,但事實是這樣嗎?
很明顯,我們抬頭仰望的夜空只有少數幾顆零散的星星,而其它地方都是漆黑一片,其實我們可以用數學公式去計算。
假如有一顆星球,它會發光,而地球在這顆星球附近,這樣一來,當星球在發光的時候,它只有一部分光能到達地球。假設這個星球發光的功率是P,地球和星球之間的距離是R,那麼星球就會把它的功率發到整個球面上,所以地球上接收的功率叫P收,此時應該是正比P/(4πR^2)除以這個表面積。
因為功率P是分佈在整個球面上的,所以能夠收到的正比於1/(4πR^2),也就是說距離越遠,收得越少。
但問題是,地球在一個方向去收星球光的時候,而在地球前面有一個面,在這個面上的每一個點的光都有可能到達地球,而這個面的面積S,它是正比於這個距離R^2的,而星球因為有一個假設是均勻的,也就是說每個地方星球密度是一樣的,所以這個星球在這個角度內的個數是正比這個面積S的。
而面積S根據相似性,我們知道它正比於R^2,那你會發現,每一個星球發射的光到達地球時正比於1/R^2的,而你在這個角度上星球的個數又正比於R^2,所以它倆一乘,在一定的角度內發的光到達地球跟遠近沒有關係的,不管是在遠還是在近,看起來應該都是一樣亮的,所以整個天空應該是一直亮的。
但你現在看的天空並不是這樣的,這是為什麼呢?
最開始,人們認為宇宙確實是靜止的,奧伯斯和其他科學家對此做出了四種假設:
一、發光的星星被一個黑體給擋住了,但我們已經認為宇宙是無限的,無限時間,無限空間,所以任何黑體只要經過恆星的照射,就會發熱發光,所以這一天空還是亮的,這個假設也就不成立了。
二、假設所有星體在某個方向都排成一條直線,但這個宇宙是均勻的產生了矛盾,所以也不成立。
三、宇宙如果不是靜態的,而是在膨脹的,那這個星球就會向外移動,發生紅移現象,而移動走後,這個星球給地球帶來的能量就會變小,就不滿足前面說的兩個公式了,所以這樣一來,只要離我們足夠遠的星球,看起來就都是黑的。
四、宇宙是有限的,宇宙是有限空間的,所以在宇宙之外是什麼東西都沒有,在某一個方向是沒有星球存在的。宇宙是有限時間的,所以某一個星球發的光還沒有到達地球,就看不見了。
如今,我們對於後面兩種的推測可能是正確的。那是誰首先提出了大爆炸呢?這仍然是由廣義相對論得到的。愛因斯坦提出了廣義相對論,廣義相對論從一開始提出就是為了解釋宇宙,但遺憾的是,愛因斯坦提出廣義相對論的時候,認為宇宙還是靜止不動的,所以他引入了一個叫做宇宙常數的東西來修正這個模型,他還是以靜態模型來處理的。
後來有一個俄羅斯科學家亞歷山大·弗裡德曼,他透過求解愛因斯坦的方程式發現,如果宇宙不是靜態的,而是一個膨脹的,那麼宇宙常數就不需要了。
愛因斯坦他也承認了自己錯了,也稱其為自己一生中最大的一個錯誤。
後來科學家哈勃透過觀測紅移現象得出了一個結論:遠處的星球的確在離我們而去,而且離得越遠,跑得越快。這樣被稱為哈勃定律。
那麼,透過哈勃定律我們就明白了,宇宙是在膨脹的,宇宙如果是膨脹的,就一定是有限的,因為宇宙目前還是一圈一圈地往外膨脹,那在膨脹之前,我們倒推回去,宇宙之前的結果一定越來越小,最終會集中在一個點上,那麼這個點的密度無窮大,稱為超密態,一切的物理規律在這一點上都不成立了,所以我們只能將其稱為“大爆炸”。