宇宙存在起源嗎？如果存在，是什麼呢？

2023-04-01 05:34:43

根據大爆炸理論，宇宙始於一個皺巴巴的單點。

在20世紀20年代之前，「宇宙的起源」並不存在於我們理解宇宙的字典中。那時，天文學家認為宇宙是不可改變的。我們只知道一個星系和數百萬顆可見恆星，這也是我們哈勃體積的範圍。

後來，天文學家埃德溫·哈勃觀察到，由於紅移，遙遠的星系加速遠離彼此，並制定了哈勃定律來解釋宇宙的均勻膨脹。紅移僅僅意味著一個遙遠的天體在都卜勒效應的作用下向更長或更紅的波長移動。

與此同時，物理學家阿爾伯特·愛因斯坦剛剛提出了廣義相對論，它提供了一個由重力塑造的宇宙的有限而均勻的模型。這些努力為未來幾十年的一系列新發現和理論奠定了基礎。

我們對宇宙的現代科學理解是一張貫穿時間的路線圖。這張地圖始於哈勃和愛因斯坦，並被大量的光元素和宇宙微波背景輻射等發現所證實。它指向137億年前的大爆炸。

宇宙形成之初，沒有時間，等於0+。只有一個單一的熱點，凝聚點——奇點——包含了宇宙中所有的物質。此外，四種基本力(萬有引力、電磁力、強力和弱力)統一成一種力。這個被稱為普朗克周期的統一周期持續10-43秒。然後宇宙以比光速更快的速度膨脹，從亞原子到高爾夫球大小几乎是一瞬間的事。科學家稱之為宇宙的膨脹。

宇宙在超熱的亞原子粒子洪流中向外膨脹。大爆炸後三秒鐘，空冷卻到足以讓這些粒子形成元素。大約3億年後，恆星和星系也形成了。(關於這些初始步驟的更多細節，請閱讀「生活的大爆炸理論」。

大爆炸理論為宇宙起源提供了最好的模型，但它不是唯一的理論。例如，穩態理論模擬了一個密度均勻的宇宙，由於新物質的不斷產生，宇宙似乎正在膨脹。然而，1965年宇宙微波背景的發現進一步削弱了後者的正確性，因為宇宙微波背景輻射本質上是早期宇宙膨脹的輻射特徵。

說明:宇宙微波背景輻射溫度各向異性在角度尺度上的能譜(多極矩)。顯示的數據來自WMAP(2006)、AC Bar (2004)、Boomerang (2005)、CBI(2004)和VSA(2004)儀器。理論模型(實線)也被顯示。

熱原模型表明宇宙的形成是由於第四維兩個獨立宇宙的碰撞。大反彈的理論表明，我們的宇宙已經陷入了大爆炸和大爆炸的永恆循環。

說明:此圖列出了不同時期研究這一現象的設備和結果。自上而下依次為彭齊亞斯和威爾遜時期、科貝時期、西馬普時期和眼鏡蛇/桑巴時期。

你可以把這些理論和模型看作是對宇宙未知秘密的猜測。我們可以確定我們在宇宙中的確切位置，因此他們的一些理論可以為觀察宇宙提供足夠的觀察方向。

說明:FIRAS儀器在COBE上觀測到的宇宙微波背景輻射譜是最準確的黑體輻射譜性質。即使圖像被放大，誤差範圍也非常小，並且觀察到的數據不能與理論曲線區分開來。

宇宙微波背景(CMB，CMBR)，在大爆炸宇宙學中，是早期宇宙的殘餘電磁輻射，也稱為「殘餘輻射」。背景輻射是微弱的宇宙背景輻射，它充滿了宇宙空。因為它是宇宙中最古老的電磁輻射，可以追溯到宇宙重組的時代，所以它是早期宇宙的重要數據來源。使用傳統的光學望遠鏡，恆星和星系之間的空空間(背景)是完全黑暗的。

插圖:圖片來自WMAP對宇宙微波背景輻射的觀測。

然而，一個足夠靈敏的射電望遠鏡會顯示出微弱的背景噪聲，或者幾乎各向同性的輝光，這與任何恆星、星系或其他物體都沒有關係。這種輝光在無線電頻譜的微波區域最強。1964年，美國無線電天文學家阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜發現了宇宙微波背景輻射。這一意想不到的發現是20世紀40年代開始的工作的高潮，並為兩位發現者贏得了1978年諾貝爾物理學獎。

作者羅伯特·蘭姆

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