宇宙起源學說的演變

上個世紀20年代以前，很多天文學家認為宇宙從古至今都維持在一個穩定的狀態，沒有變化，所以過去、現在和未來的宇宙是一樣的。這個理論最吸引人的地方，就是它籠統地回答了宇宙的過去、現在和未來是什麼樣子。 20年代發現宇宙不斷在膨脹，也推翻了原本認為宇宙不變的說法。天文學家不得不發展新的理論，認為宇宙誕生於大爆炸，並從此不斷地擴張。 但是在1998年以後，研究小組再度發現「宇宙加速膨脹」的現象：宇宙一直在膨脹，而且膨脹的速度可能不斷加快。這又挑戰著「宇宙穩定擴張」的理論。該如何解釋這種天文現象的成因呢？ 大爆炸理論 哈伯（Edwin Powell Hubble，1889-1953，哈伯望遠鏡即以他為名）在20世紀的20年代中，發現紅移定律，證明宇宙不斷在擴張、膨脹，也推翻了原本認為宇宙不變的說法。面對「宇宙擴張」這個巨大的天文之謎，科學家不得不建立新的宇宙模型，而發展出大多數人認同的宇宙大爆炸理論。它認為∶在遙遠的過去，什麼都沒有，後來形成了一個如硬幣大小般的物質。就在大約距今140億年前，這個小東西的大爆炸產生了我們現在生存的宇宙。 爆炸後的宇宙不斷向外膨脹，在這個過程中產生的各種元素就形成了今天宇宙間各種物質，逐漸凝聚成星雲，再演化為各種天體。由於爆炸的能量太大，直到現在，宇宙還在爆炸的餘威下不停的膨脹。 這個大爆炸的模型比較圓滿的解釋了宇宙膨脹的現象，並得到一些觀測數據的支持，其中最具代表性的，就是在1962年證實了大爆炸理論中提出的宇宙微波背景輻射的存在。 大爆炸理論中假設，至今宇宙間還殘存著均勻而微弱的微波背景輻射。1962年兩個工程師通過天線接收到了一種消除不了的微波輻射。而這種微波輻射在天空各個方向上都是相同的，不隨季節而變化。顯然這不是來自某些天體的特定的輻射，而只能是一種宇宙輻射。這個發現同時也打破了以前認為廣闊的星際空間是絕對真空，不可能有任何能量輻射的傳統觀念。 不斷伸縮的宇宙　 當然科學家們並沒有停止探索，他們的問題是：如果是大爆炸產生了現在的宇宙，那麼宇宙的膨脹就不應該是無止境的，它最終會停止膨脹。而一旦停止膨脹以後又會是什麼狀態呢？ 對此，有些人提出了擺動宇宙模型，認為宇宙從一次大爆炸中誕生，現在正處在大爆炸後的膨脹期，而這膨脹最終會停止。在停下來之後，宇宙開始收縮，龐大的物質最後收縮到很小很小的單一物質，然後再次發生大爆炸。這樣周而復始的爆炸→收縮→爆炸，永無止境。這曾經是很多人相信的理論，而且它也再次籠統地回答了宇宙的過去，現在和未來是什麼樣子。然而事情並非盡如人意。 宇宙正在發福中……　 　 1998與2002年，兩個不同的研究小組各自發現「宇宙天體愈遠，向外飛逝的速度愈快」的天文現象，顯示宇宙的膨脹速度並不像我們想像的在不斷變慢，而是在不斷增加，也就是說膨脹得越來越快了。加速擴張的宇宙意味著在幾十億年後，可能所有的星球、星系和其它的物質將愈離愈遠，宇宙將變成巨大的虛空。 這個新發現衝擊到原先各種宇宙模型，科學家再度思考問題出在哪裡。也許尋找答案的方法也應該跳脫原有的思考模式。 有種東西看不見又摸不著…… 有些科學家開始認真考慮宇宙的構成不應該只是我們看得到和觀察得到的物質，可能還有其它雖然存在卻還沒被探測到的。因為它們可能不發光、不反光，或沒有任何電磁輻射。這樣講也許有些矛盾，既然觀察不到，又如何能承認它們的存在呢？別急，讓我們先看看科學家如何證明。 根據現有的物理定律，我們可以很容易的根據觀察到的數據，比如某星系的旋轉速度等，計算出該星系的質量；而另一方面，我們又可以通過對電磁輻射量等的探測計算出該星系的質量。有趣的是，這兩種計演算法所得出的結果並不相同，後者計算出的質量要比前者小許多倍。如果我們假設現有物理定律正確，那麼唯一能解釋這個差異的原因，就是存在著數量龐大但還無法被探測的物質，把它們加進原先探測計算出的質量，使兩個方法計算出的質量達成一致。而這個假設存在的物質就被稱做暗物質。 導致這兩個結果不一致的就一定是暗物質嗎？如果計算用的物理定律本身有問題呢？的確，這是很有可能的，有興趣的讀者可自己去發掘！ 宇宙的終點在哪裡？ 　 　 當然暗物質這個概念的引入並不能解釋為什麼現在宇宙的膨脹速度在增加，但它的確使人們的思考方向更加寬廣。現在最頂尖的科學家開始討論另一個更玄妙的概念——暗能量，是它最終抵抗住宇宙自身的收縮，並且從內部使宇宙加速膨脹。最後使得銀河系將無法維持緊密聚在一起的原貌，連恆星、行星甚至原子可能都無法支撐這個內部的膨脹力而解體，這就是對宇宙終點的最新推斷。 我們也不能不指出暗物質和暗能量這兩個概念有很大的隨意性，甚至讓人產生一種感覺：它們的存在完全就是為了維護一種理論的正確性 當然一切都有待論證和檢驗。也許在不久的將來，全新的宇宙觀將展現在人類的面前。
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