愛因斯坦是怎麼發現宇宙規律的（宇宙是怎麼形成的）

2023-05-17 11:26:06

話說存在人類文明，古人們就開始思考：宇宙到底是如何形成的？

幾乎每個時代最強的學者都在思考這個問題，這樣的狀況一直持續至今。我們來舉個例子，牛頓是科學史上大神級的學者，他提出了萬有引力定律統一了天界和地球上的物理學規律，但他同時又很糾結，因為他一直不明白宇宙是如何誕生的。在牛頓這裡，他管這個叫做第一推動力，他畢生都在思考著這個問題，但始終沒能給出一個令人滿意的答案。

大家可以思考一下這麼一個問題，牛頓的萬有引力定律說的是萬物之間有彼此吸引的力。

按照這個說法，宇宙中的萬物都會在引力的作用下會向中心聚攏，最後聚攏成一個點，可是我們並沒有觀察到這個現象。這也讓牛頓很無奈，於是，他提出了一個補救辦法，他認為宇宙是無限大的，處處都是中心，處處引力平衡，宇宙也就不會向中心聚攏了。但是誰推動了這些天體，他就沒法解釋了。

我們把研究宇宙整體演化的理論稱為宇宙學。牛頓在思考的這個問題就是宇宙學問題，在宇宙學的研究歷史上有許多大名鼎鼎的人物，在牛頓之前有亞里斯多德，託勒密、哥白尼、克卜勒；在牛頓之後，還有愛因斯坦，勒梅特，伽莫夫等人。

而如今宇宙學主流的理論其實是ΛCDM模型，其中Λ代表暗能量，CDM代表冷暗物質。這個模型其實預示著未來宇宙學研究的前沿方向，也就是暗能量和暗物質，研究它們可以知道未來宇宙的走向。

而ΛCDM模型又是建立在大爆炸模型之上的。大爆炸模型解釋了宇宙的形成，以及過去的演化路徑。

如今解釋宇宙形成的主流科學理論是大爆炸模型。這裡多說一句，科學、神學、哲學都屬於解釋體系，它們的側重有所不同，科學依靠的是形式邏輯、系統的實驗和觀測來求證，神學是訴諸於宗教權威來解釋宗教經典，哲學這是純粹理性的思辨。它們各自有各自的範式，沒有誰高誰低，更沒有誰比誰好，完全取決於你相信哪個。由於我是科學領域的創作者，因此，我這裡主要講述科學對於宇宙形成的主流理論。

大爆炸理論的根據是在愛因斯坦廣義相對論的場方程，愛因斯坦在得到這個方程時，就發現宇宙是隨著時間的流逝而膨脹的。

他自己是不太認可這個觀點的，愛因斯坦有自己的宇宙觀，他認為宇宙是靜態的，用大白話說就是宇宙是永恆的。

於是，為了讓廣義相對論的場方程符合自己的宇宙觀，愛因斯坦在這個場方程中加了一個宇宙學常數，只要這個常數進行合理的取值，宇宙就可以處於靜態。

不過，許多科學家是不認可愛因斯坦這樣去操作的。他們認為這個宇宙學常數應該被去掉，宇宙就應該是膨脹，如果按照時間往回推演，那宇宙就應該是誕生於一個奇點的。當然，這個說法和愛因斯坦加了個宇宙學常數的做法其實沒什麼區別。科學是講究實證的，所以到底哪個對，客觀地說，就應該依靠是實驗和觀測。

也就是在上世紀20年代左右，有個叫做哈勃的天文學家，他長期在觀測銀河系的天體。他就發現絕大多數的天體都在離我們遠去，並且離我們越遠，遠去的速度就越快。

那哈勃的發現能說明什麼呢？

我們不妨來思考一個問題，如果這是天體在運動，那實際上不應該大多數的天體都在離我們遠去，而且也不應該離我們越遠就遠離得越快。應該是有的向著我們靠近，有的遠離我們。因此，只有一種解釋，那就是空間在膨脹，帶著這些天體遠離我們，而不是天體本身在運動。

哈勃發表了自己的觀測結果，這也宣告這個宇宙學常數是多餘，需要移出廣義相對論場方程。據說愛因斯坦得知這個消息時，曾感嘆給廣義相對論場方程加上宇宙學常數是自己這一生做出最大的錯誤。

這也是宇宙大爆炸的第一個觀測證據。隨後，關於宇宙形成的研究陷入了幾乎停滯的狀態，直到一批粒子物理學加入到了相關的研究。他們對宇宙大爆炸的早期演化進行了詳細的研究，並且提出了另外兩個關鍵證據，一個是宇宙的氦元素豐度，一個是宇宙微波背景輻射。

不過，客觀地說，在那個時代，研究宇宙大爆炸是極其小眾的，科學界都不太看好這個理論。因為當時的科學家覺得這個理論有點太扯了，可信的證據只有哈勃的觀測，這還不夠。

後來，到了上世紀60年代，還真的有人發現了宇宙微波背景輻射。隨後，科學家也對氦元素豐度進行確定。這兩個證據都和理論預言的十分接近。也就是說，宇宙大爆炸理論的三個關鍵證據都被找到了。這個時候，科學界才開始重視這個理論，並且開始把它作為主流的科學理論看待，一直持續至今。

如今，根據最新的普朗克衛星的觀測，我們知道宇宙誕生在138億年前，如今宇宙中的物質粒子都是在宇宙大爆炸之後4分鐘內形成的。

到了宇宙大爆炸之後38萬年，宇宙溫度下降到3000度左右，宇宙從粒子粥一樣的混沌狀態變得透明，光子開始在宇宙中穿梭，原子結構得以形成，而太陽系形成於46億年前。

我想你肯定想問，宇宙大爆炸之前是什麼樣子？

霍金曾經給過這樣的一個解釋，宇宙是萬物的結合，包含了物質、能量、時間和空間等一切。也就是說，時間在宇宙爆炸之後才存在，因此也就不存在宇宙之前是什麼？

客觀地說，這個說法，連科學界不太接受。如果我們仔細想想，這個問題其實就是牛頓曾經糾結過的「第一推動力」問題的現代版本。如今，它還是個謎一樣的存在。