为什么宇宙是从大爆炸开始的,科学家是如何得出这个结论的呢?下面我们就来一起看看。
要解释这个问题之前,我们先要从“奥伯斯佯谬”开始说起。奥伯斯是一位天文学家,他提出了一个和现实生活中的感觉完全相反的结论,也叫佯谬。他说,假如我们常规的宇宙是稳态的,就是从宏观上看,宇宙静止的、均匀的,而且是无限的,那么你在夜晚的时候抬头望向天空,这时天空应该是明亮的,而不应该只有几颗星星。
为什么会这样呢?晚上没有太阳,为什么是亮的呢?因为宇宙是均匀无限的,所以宇宙中的发光星球在宇宙中弥漫,弥漫的结果就是你在地球上的任何地方,都能看到一颗星星,而天空就是被这些星星的亮度点亮的,但事实是这样吗?
很明显,我们抬头仰望的夜空只有少数几颗零散的星星,而其它地方都是漆黑一片,其实我们可以用数学公式去计算。
假如有一颗星球,它会发光,而地球在这颗星球附近,这样一来,当星球在发光的时候,它只有一部分光能到达地球。假设这个星球发光的功率是P,地球和星球之间的距离是R,那么星球就会把它的功率发到整个球面上,所以地球上接收的功率叫P收,此时应该是正比P/(4πR^2)除以这个表面积。
因为功率P是分布在整个球面上的,所以能够收到的正比于1/(4πR^2),也就是说距离越远,收得越少。
但问题是,地球在一个方向去收星球光的时候,而在地球前面有一个面,在这个面上的每一个点的光都有可能到达地球,而这个面的面积S,它是正比于这个距离R^2的,而星球因为有一个假设是均匀的,也就是说每个地方星球密度是一样的,所以这个星球在这个角度内的个数是正比这个面积S的。
而面积S根据相似性,我们知道它正比于R^2,那你会发现,每一个星球发射的光到达地球时正比于1/R^2的,而你在这个角度上星球的个数又正比于R^2,所以它俩一乘,在一定的角度内发的光到达地球跟远近没有关系的,不管是在远还是在近,看起来应该都是一样亮的,所以整个天空应该是一直亮的。
但你现在看的天空并不是这样的,这是为什么呢?
最开始,人们认为宇宙确实是静止的,奥伯斯和其他科学家对此做出了四种假设:
一、发光的星星被一个黑体给挡住了,但我们已经认为宇宙是无限的,无限时间,无限空间,所以任何黑体只要经过恒星的照射,就会发热发光,所以这一天空还是亮的,这个假设也就不成立了。
二、假设所有星体在某个方向都排成一条直线,但这个宇宙是均匀的产生了矛盾,所以也不成立。
三、宇宙如果不是静态的,而是在膨胀的,那这个星球就会向外移动,发生红移现象,而移动走后,这个星球给地球带来的能量就会变小,就不满足前面说的两个公式了,所以这样一来,只要离我们足够远的星球,看起来就都是黑的。
四、宇宙是有限的,宇宙是有限空间的,所以在宇宙之外是什么东西都没有,在某一个方向是没有星球存在的。宇宙是有限时间的,所以某一个星球发的光还没有到达地球,就看不见了。
如今,我们对于后面两种的推测可能是正确的。那是谁首先提出了大爆炸呢?这仍然是由广义相对论得到的。爱因斯坦提出了广义相对论,广义相对论从一开始提出就是为了解释宇宙,但遗憾的是,爱因斯坦提出广义相对论的时候,认为宇宙还是静止不动的,所以他引入了一个叫做宇宙常数的东西来修正这个模型,他还是以静态模型来处理的。
后来有一个俄罗斯科学家亚历山大·弗里德曼,他通过求解爱因斯坦的方程式发现,如果宇宙不是静态的,而是一个膨胀的,那么宇宙常数就不需要了。
爱因斯坦他也承认了自己错了,也称其为自己一生中最大的一个错误。
后来科学家哈勃通过观测红移现象得出了一个结论:远处的星球的确在离我们而去,而且离得越远,跑得越快。这样被称为哈勃定律。
那么,通过哈勃定律我们就明白了,宇宙是在膨胀的,宇宙如果是膨胀的,就一定是有限的,因为宇宙目前还是一圈一圈地往外膨胀,那在膨胀之前,我们倒推回去,宇宙之前的结果一定越来越小,最终会集中在一个点上,那么这个点的密度无穷大,称为超密态,一切的物理规律在这一点上都不成立了,所以我们只能将其称为“大爆炸”。
对此,你有什么看法?欢迎来评论区留言。