宇宙起源的大爆炸学说

关于宇宙是如何起源的？这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。直到20世纪，出现了两种“宇宙模型”比较有影响。一是稳态理论，一是大爆炸理论。

稳态理论

若干世纪以来，很多科学家认为宇宙除去一些细微部分外，基本没有什么变化。宇宙不需要一个开端或结束。即使是在发现宇宙正在膨胀之后，这种想法也没有被放弃。托马斯·戈尔德、赫尔曼·邦迪和弗雷德·霍伊尔于20世纪40年代后期提出，物质正以恰当的速度不断创生着，这一创生速度刚好与因膨胀而使物质变稀的效果相平衡，从而使宇宙中的物质密度维持不变。这种状态从无限久远的过去一直存在至今，并将永远地继续下去。宇宙在任何时候，平均来说始终保持相同的状态。稳态理论所要求的创生速率很小，每100亿年中，在一立方米的体积内，大约创生1个原子。稳态理论的优点之一是它的明确性。它非常肯定地预言宇宙应该是什么样子的。也正因如此，它很容易遭受观测事实的质疑或反驳。当宇宙微波背景辐射被发现后，这一理论基本上已被否定。

大爆炸理论

1927年，比利时天文学家勒梅特提出一个十分有趣的理论。他认为，宇宙的物质和能量最初装在一个“宇宙蛋”内，今天的宇宙是这个不稳定的宇宙蛋灾难性的爆炸后膨胀的后果。1929年，美国天文学家哈勃测量星系的谱线之后，发现谱线与星系距离的定量关系。由此可知，现在星系都在彼此退行着。

20世纪40年代，美籍俄国天体物理学家伽莫夫对勒梅特的理论十分赞赏，并把它称作“大爆炸理论”。伽莫夫对这一理论深入研究，描述宇宙混沌之初的情景，并断言对大爆炸遗迹观测应该对应着一个温度为5K（-268℃）的宇宙微波背景辐射。

大爆炸宇宙论把宇宙200亿年的演化过程分为三个阶段。第一个阶段是宇宙的极早期。那时爆发刚刚开始不久，宇宙处于一种极高温、高密的状态，温度高达100亿摄氏度以上。在这种条件下，不要说没有生命存在，就连地球、月亮、太阳以及所有天体也都不存在，甚至没有任何化学元素存在。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。宇宙处在这个阶段的时间特别短；短到以秒来计。

随着整个宇宙体系不断膨胀，温度很快下降。当温度降到10亿摄氏度左右时，宇宙就进入了第二个阶段，化学元素就是这个时候开始形成的。在这一阶段，温度进一步下降到100万摄氏度，这时，早期形成化学元素的过程就结束了。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核，光辐射依然很强，也依然没有星体存在。第二阶段大约经历了数千年。

当温度降到几千摄氏度时，进入第三个阶段。200亿年来的宇宙史以这个阶段的时间最长，至今我们仍生活在这一阶段中。由于温度的降低，辐射也逐步减弱。宇宙间充满了气态物质，这些气体逐渐凝聚成星云，再进一步形成各种各样的恒星系统，成为我们今天所看到的五彩缤纷的星空世界。

大爆炸理论刚提出的时候，并没有受到人们广泛的赏识。但是，在它诞生以后的70余年中，不断得到了大量天文观测事实的支持。

例如，人们观测到河外天体有系统性的谱线红移，用多普勒效应来解释这种现象，红移就是宇宙膨胀的反映，这完全符合大爆炸理论。

20世纪60年代，美国贝尔实验室中两名科学家在进行通信研究时，意外地发现了宇宙微波背景辐射的温度。经反复测量，这个温度约为3K左右。这对大爆炸理论当然是一个极其鼓舞人心的支持。

20世纪80年代，美国天体物理学家古特又对大爆炸理论进行修改，他引入粒子物理学的一些新理论，建立了暴胀理论。

毕竟还是理论

尽管大爆炸理论是一个很好的理论，但是，能否在实验室内演示一下大爆炸的演变过程呢？这是一个很有趣的想法。20世纪80年代末，欧洲的一些科学家在巨大的正负电子对撞机上进行这个尝试。这台对撞机有一条长长的管道穿越瑞士和法国交界地区。实验的初步结果表明，150亿年前发生的大爆炸过程中，许多自然界不存在的且寿命极短的粒子曾经诞生，并在极短时间内形成恒星和星系物质。

现在，大爆炸学说已得到三方面的支持：宇宙在膨胀着、氦元素丰度为30%和3K背景辐射。但这还不能说明该理论完全正确。美国国家科学院天文学调研委员会对大爆炸学说曾这样评价：“现在已掌握的资料尚不精确；对它们的解释或许尚有问题；这个理论也许是错误的。”并指出进一步检验的必要。特别是宇宙起点前的样子、膨胀宇宙的结局和能否收缩等问题需进一步研究。