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当宇宙学假设成了 “万能补丁”:大爆炸理论还能撑多久?

2021年底发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜,正把人类的视线推向130多亿年前的宇宙。按大爆炸理论的剧本,那时该是星系萌芽的

2021年底发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜,正把人类的视线推向130多亿年前的宇宙。

按大爆炸理论的剧本,那时该是星系萌芽的“宇宙童年”,但望远镜传回的图像却让人挠头,那些遥远星系不仅存在,还已发育得相当成熟。

这事就像在考古时发现公元前的青铜器上刻着现代微积分公式,直接戳中了现有宇宙学模型的痛处。

膨胀宇宙的百年拼图

1929年,美国天文学家哈勃盯着望远镜数据犯了嘀咕:远处的星系都在飞速远离地球,而且越远跑得越快。

这一发现颠覆了当时的认知,宇宙不是静态的,而是在膨胀。

就像往面包里撒葡萄干,烤箱加热后面包膨胀,葡萄干自然彼此远离。

比利时学者勒梅特,早几年就从爱因斯坦的方程里算出了膨胀解,可连爱因斯坦自己都觉得“这模型太离谱”,还特意在方程里加了个“宇宙常数”来维持静态宇宙的设想。

直到哈勃的观测证据砸在面前,他才无奈承认:“我犯了这辈子最大的物理学错误。”

这场“膨胀宇宙”的认知,最终催生了大爆炸理论的核心构想,既然宇宙在膨胀,那倒推回去,它必然曾是个体积极小、密度极高的奇点。

1949年,英国天文学家霍伊尔在广播节目里调侃地称其为“大爆炸”,这名字就这么歪打正着地传开了。

1964年,两位工程师偶然发现的宇宙微波背景辐射(CMB),更被视作大爆炸留下的“余温”,成了理论最坚实的证据之一。

但这套理论并非天衣无缝,按宇宙学原理,早期宇宙该是均匀分布的“粒子汤”,可均匀的物质怎么聚集成星系?就像把糖撒进咖啡里,若没有搅拌,糖粒很难自己聚成块。

科学家只好假设早期宇宙存在“密度扰动”,像撒在汤里的盐粒,成为星系形成的种子。

更棘手的是“精细调节”问题,宇宙膨胀速率若比当前值偏差百亿亿分之一,要么膨胀太快物质来不及聚集,要么塌缩成黑洞,根本不会有恒星和生命。

这种“恰到好处”让不少人怀疑:难道宇宙参数是被“设计”好的?

更让人头疼的是“失踪的宇宙”,算上所有能看见的恒星、星系,科学家发现它们只占宇宙临界密度的5%左右。

1933年,瑞士天文学家兹威基就发现星系团的运动速度快得离谱,必须存在看不见的“暗物质”才能解释引力。

可找了近百年,暗物质的真身还是个谜。

1998年,超新星观测又扔出重磅炸弹,宇宙膨胀竟然在加速!为了解释这反常识的现象,爱因斯坦当年抛弃的“宇宙常数”被重新请回,化身成占宇宙70%的“暗能量”。

但暗能量究竟是什么?说实话,科学界至今搞不清,只能自嘲这是“用未知解释未知”。

哈勃常数的世纪之争

测量宇宙膨胀的速率(哈勃常数),本该是验证理论的关键。

但近年来,“早期宇宙”和“晚期宇宙”的测量结果却闹起了别扭。

用CMB数据算出的膨胀速率,比用超新星、造父变星等“标准烛光”测出的值低了约10%。

这就像拼一幅千年古画,用画的左半部分推测整幅画的尺寸,和右半部分的实测结果对不上号。

有人猜测暗能量可能随时间变化,甚至怀疑暴胀理论需要修正。

2023年的一项研究暗示,爱因斯坦的宇宙常数或许并非恒定,这给本就混乱的局面又添了把火。

韦伯望远镜的观测结果,更是让理论面临考验。

按现有模型,大爆炸后约5亿年才该出现第一批恒星,但望远镜却拍到了132亿年前(大爆炸后约5亿年)就已成型的星系团。

这些“早熟”的星系就像突然出现在幼儿园毕业典礼上的大学生,完全超出了理论预期。

有科学家坦言:“要么是我们对星系形成的物理过程理解错了,要么就是大爆炸模型需要动大手术。”

当“假设”成为理论支柱

如今的大爆炸理论,就像一座用几根“假设支柱”撑起的大厦:宇宙暴胀解释了密度扰动,暗物质填补了引力缺失,暗能量驱动着加速膨胀。

但这三大支柱都缺乏直接证据,2004年,一群科学家在《新科学家》上公开质疑:“在其他物理领域,这种不断用新假设填补漏洞的做法,早该被质疑理论的有效性了。

”这话虽尖锐,却点中了要害,如果用“无法定义的神秘力量”来解释宇宙,和古人用“神灵意志”解释自然现象又有何本质区别?

必须承认,大爆炸理论仍是目前解释宇宙起源最成功的模型,它预言了CMB、元素丰度等关键现象。

但历史多次提醒我们:牛顿力学曾被视为终极真理,最终却被相对论和量子力学改写;“以太”理论曾风靡一时,最终被证明子虚乌有。

面对韦伯望远镜揭示的新谜题,或许我们该像爱因斯坦说的那样保持谦卑:“理论的真理永远无法被证明,因为未来的观测可能随时颠覆它。”

宇宙的真相,或许就藏在这些理论的裂缝里。

当我们用更精密的仪器窥探深空,用更智慧的头脑重构模型时,下一个颠覆认知的发现,可能就在下一次观测数据里。

而这,正是科学最迷人的地方,在不断推翻与重建中,逼近宇宙的终极答案。

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