两个大刘海



当科学家们谈论大爆炸时,它们意味着两种可能性。但是只有其中之一是正确的。

这些理论基于这样的假设,即宇宙的所有事物都是在遥远的过去某个时刻的一次大爆炸中创造的
-Fred Goyle


如果从科学的角度考虑宇宙的开始,那么有一种理论可以比其他事物更好地描述我们所看到的一切:大爆炸理论。但是,并非所有人都同意“大爆炸”的确切含义。



更准确地说,一些新的声明暗示可能没有大爆炸。他们有生命权吗?那是什么意思呢?

为了理解这一点,让我们回到100年前,当我们第一次决定详细研究某类天体时,它们是钝的螺旋形和椭圆形的星云。



今天,很容易看到这些物体并说:“啊,所以这些都是星系!”但是一百年前还不清楚。我们的望远镜太糟糕了,无法在这些物体中分辨出它们所组成的单个恒星,因此,它们被认为只是一种星云。但是他们有一个很奇怪的东西:速度。



您会看到,每个元素都有其自己的特征光谱-一组吸收或发射的线-并且该光谱固定在特定波长。例如,氢总是在656、486、434和410 nm处发射谱线,每条谱线都与原子能的跃迁相关。在这些螺旋形和椭圆形星云中,所有吸收线都出现了,但是它们与通常的吸收线有很大的偏移。



最简单的解释?不是新型的元素或物理定律。只是这些物体正在迅速向我们或从我们方向移动。就像声音(例如警车的警笛声)会根据它是否从我们或向我们移动而改变其高度一样,所以远处的物体的光波长也会根据它是否从我们或向我们移动而改变。

如果它移向我们,则光线移向光谱的蓝色末端。如果来自我们-变成红色。二十世纪初,维斯托·梅尔文·斯利弗(Vesto Melvin Slifer)发现,绝大多数螺旋形物体的光都已转变为红色光谱,以至于它们的移动速度比宇宙中所有已知物体都快!



但是直到1920年代,人们才开始收集这个难题的碎片。埃德温·哈勃(Edwin Hubble)(以他命名的著名望远镜)观察了这些螺旋形的耀斑,以寻找超新星。令他惊讶的是,在观察仙女座时,他发现了第一个,然后是第二个,然后是第三个。然后他在第一个所在的地方看到了第四个!他立即意识到这不是超新星,而是一颗变星。并且由于对变星的性质有了了解,他可以计算出到物体的距离,并发现它在我们的银河系之外。



当然,当他意识到恒星包含在螺旋形物体中时,他并没有就此停下来。他开始测量与数十个其他星系的距离,并将这些数据与Slifer的速度数据结合在一起,发现了一些了不起的东西:平均而言,一个星系离我们越远,它离我们越快。

这样,不断扩展的宇宙诞生了。



在广义相对论的框架中,时空充满了不同地方的物质或辐射-而对我们来说,就是时空-在保持静态方面不是特别擅长。它根据能量含量而扩展或收缩。今天,我们的宇宙正在扩展,从过去的密集状态转变而来。

这也意味着,由于光(辐射)的能量取决于其波长,因此如果宇宙曾经较小,则它会更热,并且其中的能量会更高。



但是,如果我们将其推断回来怎么办?想象一下,宇宙就是它的本质,但是在过去,我们将使其更小,更热。如果我们走得足够远,那会怎么样?



最后,您会达到无法形成原子的高温稠密状态。到处都会有热的电离等离子体。



甚至更早,原子核也无法形成。质子和中子将飞散开来,形成一片无氢的自由粒子海。
在此之前,物质和反物质是自发地成对产生的,从而在宇宙中产生了所有已知的(并且可能仍然尚未打开)粒子。



最后,如果我们进一步回顾过去,那里的一切都是随意的,并且可能无限炎热而密集,那么我们就会变得单一:一个所有时间,空间和能量都集中在一个点的地方。这种想法一切都来自“宇宙蛋”,“原始原子”或“任意热且稠密的状态”,如今已被称为“大爆炸”。



那只是大爆炸的原始定义。自从提出这个想法以来,我们已经了解了很多有关宇宙的知识。具体来说,我们了解到,除了物质和辐射之外,宇宙还包含空间本身固有的能量,暗能量,宇宙常数或真空能量(这些是同义词)。

现在它相对较小,但是在早期阶段它是不现实的。



恰恰是这样:在宇宙占主导地位的物质和辐射时代之前,太空本身固有的能量占了上风。该理论最早是在1970-1980年代提出的,并在1990年代初期的观察中得到证实。我们在谈论宇宙膨胀(或宇宙膨胀):关于宇宙辐射与辐射无关紧要的时间,而是宇宙本身固有的能量。

宇宙中,真空能量占主导地位或膨胀的宇宙并没有像宇宙那样以物质或辐射为主。



似乎它们在小事情上有所不同,但同时从某个点开始以给定的速度扩展。但是是这样吗?让我们看一看。



蓝线和红线是传统的“大爆炸”场景,其中所有事件均始于t = 0(包括时空)。但是在通货膨胀(黄色)的情况下,我们没有达到奇点。相反,我们过去可以缩小到任意大小,而时间又可以回到无限远。

在宇宙或时间本身首次出现的那一刻,物质或辐射占主导地位的宇宙是从奇异性出现的,而在通货膨胀的宇宙中,这样的时刻不存在。

换句话说,根据我们的思想,空间和时间的出现点不必一定是大爆炸的一部分,即使宇宙开始时处于通货膨胀阶段。



当宇宙学专家-一个与宇宙的诞生和演化有关的天体物理学单元-谈论大爆炸时,它们的意思是两
件事之一高温,致密,膨胀的状态,可观察到的宇宙从该状态产生,膨胀,冷却并产生了元素,原子,恒星,分子,行星和我们。
原始的奇点代表时间和空间的诞生,

问题在于,如果这些解释在1960年代是可以互换的,那么现在不是。

第一个解释-炎热,密集,不断扩展的状态-在大爆炸的角色中仍然有意义,但第二个解释不再存在。关于空间和时间从何而来的问题,双方仍然存在争论,而最近的工作只是这些争执的海洋中的一滴。



需要从中了解的主要事物是“大爆炸”,尽管它是我们在宇宙中看到的一切起源的地方,但这并不是它的开始。只要这种解释有意义,我们就可以追溯到通货膨胀的宇宙,并且我们有足够的理由来争论和讨论对这意味着什么的精炼以开始我们所知道的一切。



但是爆炸了吗?根据第一个定义,当然可以。如果使用第二个,则最好重新考虑使用的术语。即使您不是唯一使用它的人,您这样做对吗?

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN396207/


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