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发信人: well (蛋糕帽子), 信区: Science
标  题: 如果宇宙的起源不是大爆炸，那会是什么？
发信站: 紫 丁 香 (Thu Jan 20 20:15:42 2000) WWW-POST

 
如果宇宙的起源不是大爆炸，那会是什么？

摘自：网易

    「宇宙的起源是一场大爆炸，它炸开了空间，也创造了时间；星系、星球、地球、空
气、水和生命就在这个时空里渐渐形成。」这是连爱因斯坦都相信的理论。但这个学说在
最近一、两个星期内开始受到严厉的挑战和质疑。如果大爆炸理论是正确的，那么这个空
间里所有的物质应该生于大爆炸之后，这是个因果关系。虽然爱因斯坦的相对论原则上不
需有绝对的时间和空间，但是如果宇宙有一个起源，它就有一个绝对时间的原点，破坏了
时间的相对性，所以这个因果律便是一个绝对的定律。最近美国的哈伯太空望远镜观测到
一些现象，显示这个绝对的因果律出了问题。也就是说宇宙可能没有起源，就像相对性的
空间一样，时间也是没有原点，时间也不是绝对的。

    哈伯太空望远镜的观测显示，如果宇宙真是由大爆炸所造成的，那么爆炸距现在的时
间是小于很多老星球的年龄。最老星球的年龄可达一百六十亿年，但观测显示爆炸的时间
顶多是一百二十亿年前而已。这个发现上星期在英国的``自然’’杂志发表，引起天文物
理界莫大的震撼。

    从二十世纪初以降，包括爱因斯坦在内的大部分天文物理学家都相信，宇宙是由大爆
炸所产生；由于质能互换原理，爆炸的能量最后转为物质。这个学说建立于三个重要的基
石上。第一个，由数学上证明广义相对论只容许唯一的解，这个数学解就是在时间的原点
，整个宇宙的大小是一个点，大爆炸炸开了一个三度空间。由于空间以一定的速率不断的
膨胀，因此整个空间瞬间的大小也给了时间一个指标和定义。这就像武侠小说中``半柱香
的时刻’’，以一柱香的长短来测量时间是一样的。第二个基石是，美国天文学家哈伯在
爱因斯坦发明了相对论的二十年后，发现了宇宙是在膨胀，并且越远的星系膨胀的速度越
快。这个发现大致吻合相对论的数学解。第三个基石最具关键性，在七十年代，美国的天
文学家发现了宇宙的背景辐射。由于宇宙的膨胀，大爆炸时的热能目前应已降到绝对温度
数度左右，符合观测结果2.7度。从此，天文物理学家发展了一套标准模型，来解释这个
膨胀的空间里一切物质的起源。但是宇宙到底确实膨胀多快，哈伯并无法确定。这个缺憾
预留了一些空间让以后的天文物理学家去发展另一套不同于爱因斯坦相对论的学说。但是
这些学说都是非主流。美国的哈伯太空望远镜的主要任务也就是要弥补当年哈伯观测的缺
憾，要决定目前宇宙在单位距离内膨胀的速度。星球在膨胀空间里的分布就像一些点分布在正在膨胀
的气球表面一样。点与点之间的距离会因膨胀而变大，分离的速度不但和气球膨胀的速度
成正比，也和点与点之间的距离成正比。距离越大的两点，它们之间分离的速度越大。所
以若不知任意两点之间的距离，只光知道两点分离的速度是无法知道整个气球膨胀的速度
。同样的，若欲决定宇宙膨胀的速度，我们不但要知道星球之间分离的速度，也要同时知
道星球之间的距离。天文学家可用所谓的都卜勒效应来测量任一星球远离地球的速度。但
是，星球与地球之间的距离便不容易决定。因此哈伯常数（单位距离内的膨胀速率）相当
难决定出来。

    上个星期发表在``自然’’杂志上的发现为在室女星系团内的上千颗造父变星。变星
是光度有周期性变化的星，愈大的变星周期愈慢，可是愈大的星愈亮。所以变星的周期和
绝对亮度有一定的关系，而造父变星的周期和绝对亮度之间的关系可以很准确的决定出来
。但是，星球距地球越远看起来越暗，因此观测到的亮度并不是星球本身的绝对亮度。若
是有办法知道星球的绝对亮度，再加上观测到的量测亮度，星球的距离便可知道。在天文
上，远距离是无法直接测量的，造父变星提供了一个绝佳的机会来测量距离。天文学家可
以量遥远变星的周期，大致上是几十天之谱，从而决定变星本身的绝对亮度，再和观测到
的亮度相比，变星和地球的距离即可决定。

    室女星系团距地球相当远，大约为几千万光年之遥，因此膨胀的速度可以相当快，可
以利用都卜勒效应准确的测量出来。要是它的距离亦可准确的测量出来，哈伯常数便可准
确地决定，大爆炸距现在的时间的上限便也能决定。上星期发表的造父变星让天文学家准
确地决定哈伯常数。宇宙在单位距离内膨胀的速率为每一百万光年27公里。它也代表大爆
炸至早发生在一百二十亿年前。但是，天文学家又知道，银河系中的一些古老的星球年龄
为一百六十亿年。这代表星球需要生于大爆炸之前。这个结果不符合因果律，因此大爆炸
标准模型受到质疑。这个发现也让非主流学说有一个发展的空间。


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