神秘宇宙

宇宙大爆炸理論與宇宙起源

“嗚……”火車進站了，司機拉響了汽笛。汽笛聲對司機來說，音調是固定的。但是站臺上候車的旅客卻聽到了2種音調：火車的汽笛聲先是升高，火車從身邊駛過時，音調卻又降低了。1842年，奧地利物理學家多普勒解開了這一自然之謎。這一現象被稱為“多普勒效應”。它引發了宇宙大爆炸理論的研究。

為什么會有“多普勒效應”呢？多普勒解釋說聲音實際上是一系列的聲波，它是通過空氣來進行傳播的。聲波在聲源趨近時被壓縮，音調相應地升高；相反，隨著聲波舒展遠去，音調也隨之降低。多普勒證實，光波也存在“多普勒效應”。當光源與觀測者反方向運動，光源的光波發生譜線紅移，波長變長；相反，當光源向著觀測者運動時，譜線就向紫端位移，光波也隨之變短。

美國天文學家哈勃在20世紀20年代末觀測時注意到，除了距離我們最近的星系外，星系在天空中的分布是均勻的，但是譜線紅移現象幾乎發生在所有星系的光譜中。哈勃認為如果多普勒效應引起了這種星系譜線紅移，那么就意味著星系在遠離地球。

幾乎同時，另一位科學家哈馬遜也在進行相同的研究。他想得到那些更遙遠的河外星系的光譜。這些星系更加暗弱，哈馬遜表現了極大的耐心和非凡的才能。他先從成千顆閃爍的恒星中選出所要考察的暗弱星系，使其像剛好落在光譜儀的狹縫上。他的工作時間是從深夜到凌晨，在這期間，他要不停地調整望遠鏡，幾乎每幾分鐘一次，有的時候還需要接連幾夜對準同一星系觀察，這樣辛勤的觀測工作，哈馬遜進行了28年之久。終于，哈勃和哈馬遜在1931年聯名發表文章，用擴充的觀測資料進一步肯定了“哈勃定律”。

哈勃定律揭示了宇宙在不斷地膨脹。但是，1929年剛公布哈勃定律時，哈勃和哈馬遜非常謹慎，他們采用星系視退行這一名稱。其實，早在1917年，荷蘭天文學家德西特就證明，由1915年發表的愛因斯坦廣義相對論可以得出這樣一項推論：宇宙的某種基本結構可能在膨脹，而且這種膨脹速度是恒定的。但是，那時還沒有充分證據證明這一說法，對德西特的這種宇宙膨脹理論，科學家們大都持不屑一顧的態度，認為是無稽之談。

后來，比利時天體物理學家勒梅特根據弗里德曼宇宙模型，把哈勃觀測到的現象解釋為宇宙爆炸的結果，宇宙膨脹的概念才又一次被提出來。勒梅特還從一個特殊的端點開始考慮膨脹，他進一步提出宇宙的起源是一個“原初原子”，也就是我們現在所熟知的“宇宙蛋”。這一說法引起了英國著名的科學家愛丁頓的注意，他提醒科學家們注意勒梅特的文章，這時，人們才注意到宇宙膨脹論。

美籍俄國學者伽莫夫繼承并大大地發展了勒梅特“宇宙蛋”的思想。1948年4月，他聯合天體物理學家阿爾弗和貝特共同署名發表了一篇關于宇宙起源的重要文章。

他們在文章中談到，河外星系既然一直在彼此遠離，那么，它們過去就必然比現在靠得近，全部星系在更久遠的時候靠得更近；可以推測，極早期宇宙應當是非常致密的，那時，宇宙極其地熱，而且物質的密度非常大；文章甚至說宇宙最初是一團“原始火球”，它發出的輻射在發生爆炸后隨著宇宙的膨脹而冷卻下來。文章描述了原初宇宙“渾湯”中的基本粒子是如何從氫經過質子和中子的核聚變演化成為氦原子的等。

伽莫夫認為當時大爆炸產生的塵埃就是今天人們在地球上和宇宙中發現的原子。通過精確的分析和理論計算表明，在150億～200億年以前，大爆炸發生了。有關計算還得出，宇宙大爆炸之后，一般有5～10開的殘余輻射溫度。

現在，“宇宙大爆炸”學說已被科學界普遍接受。