你心目中的宇宙是什么樣子的?
由于我們對宇宙的認識和了解不同,所以每個人心中的宇宙都會有所不同。在過去的100年中,我們對宇宙的認識發(fā)生了翻天覆地的變化。100年前,我們心目中的宇宙是這樣的:
銀河系中的恒星、星團和星云就是宇宙的全部。
所有的物質都是由原子核和電子組成的。
但隨著科學技術的飛速進步,我們對宇宙的認識被不斷刷新??纯催@些變化吧。
20世紀10年代——
愛因斯坦分別在1905、1916年提出了石破天驚的狹義相對論和廣義相對論。廣義相對論解釋了牛頓萬有引力定律所不能解釋的事情——水星圍繞太陽軌跡的歲差問題而名聲大震。
但對一個科學理論來說,只解釋我們已經觀測到的東西是不夠的,更需要對一些未被觀測到的事物做出預測。在過去的一個世紀里,相對論已經做出了很多預測——引力時間膨脹、強和弱引力透鏡、慣性系拖曳效應、引力紅移等等。從此,我們對宇宙的看法開始了一個前所未有的改變。
20世紀20年代——宇宙一直這么大嗎?現(xiàn)在是變大還是變???從古到今,很多科學家們都在思考著這些問題。
但20世紀20年代以前,我們仍然不知道銀河系之外還有宇宙的存在,直到著名天文學家埃德溫·哈勃有了新發(fā)現(xiàn):他一直不間斷地測量了十幾個星系的退行視速度和距離,從而發(fā)現(xiàn)了一個驚人的秘密:廣袤的宇宙正在膨脹!
20世紀30年代——
宇宙里究竟有什么東西?人們一度認為如果能測量出所有恒星的質量,再加上氣體和塵埃,就能測量出宇宙中的所有物質。但瑞士天文學家弗里茨·茲威基發(fā)現(xiàn)了宇宙石破天驚的秘密:星系中存在著大量暗物質!它們既不發(fā)光,電磁波也探測不到。
當然,現(xiàn)在據(jù)我們所知,宇宙中的暗物質比普通物質多,質量之比為5:1。
20世紀40年代——
宇宙是怎么形成的?有科學家提出:是大爆炸產生的。這個科學家就是喬治·伽莫夫。1945年,喬治·伽莫夫對宇宙膨脹做出了最終的推斷:如果現(xiàn)在宇宙正在不斷膨脹與冷卻,那它在過去應該更熱,密度更大。在宇宙的過去,一定有一個時間點,那時的宇宙太過炙熱、密度太高,以至于無法形成中性原子,而在那之前連原子核也無法形成,宇宙就像一鍋渙散的原子濃湯。
但是,這鍋濃湯在某一刻發(fā)生了爆炸,形成了高溫高壓的物質,宇宙快速膨脹和冷卻,一些密度較大的物質吸引周圍的物質,逐步形成星云、恒星、行星等物質。
——這就是著名的宇宙大爆炸理論,它是20
世紀40年代產生的最偉大的思想。
20世紀50年代——
英國天文學家弗雷德·霍伊爾等人認為,今天地球上所有稍重一些的元素不是在早期炙熱且稠密
的狀態(tài)下形成的,而是形成于最
初幾代恒星。
20世紀60年代
經過大約20年的辯論,人們終于獲得了決定宇宙歷史命運的重要發(fā)現(xiàn):觀測發(fā)現(xiàn)了來自大爆炸的殘留輝光,也就是宇宙微波背景輻射。這種均勻分布、絕對溫標2.725K的輻射是由阿諾·彭西亞和鮑勃·威爾遜在1965年發(fā)現(xiàn)的,進一步證實宇宙真的開
始于一次“大爆炸”。
20世紀了70年——
1979年末,一位年輕的科學家阿蘭·古斯認為:在宇宙的炙熱致密狀態(tài)之前,存在一個呈指數(shù)膨脹的狀態(tài),所有能量都束縛在一個空間當中。
20世紀80年代——
1987年發(fā)生了近100年來離地球最近的超新星爆發(fā),這也是人類擁有超新星探測器以來,首次探測到超新星爆發(fā)。
20世紀90年代——
1998年,科學家們對宇宙未來如何終結做出了幾種預測——
大擠壓:宇宙的膨脹將不足以克服一切物質的引力,最終宇宙會在一次大擠壓中崩潰。
大冷寂:宇宙的膨脹將會超過所有物質引力的總和,從而使宇宙中的一切都會相互遠離,最終導致大冷寂。
臨界宇宙:或者我們將處在上述兩種情況之間,宇宙膨脹的速度將會趨向于零而永遠不會達到零。
遠處的超新星爆發(fā)暗示著宇宙正在加速膨脹,并且,隨著時間的推移,遠處的星系相互遠離的速度正在加快。不僅宇宙最終會冷卻,這些相互不關聯(lián)的星系最終也會消失在我們的宇宙視野中。除了我們本身的星系,其他的星系將不會和我們的銀河系相遇,我們最終的命運將會是寒冷而孤獨的。在1000億年以后,除了我們自己所處的星系,我們將再也看不到其他的星系。
21世紀伊始——
21世紀伊始——
大型星系巡天項目的宇宙大尺度結構數(shù)據(jù)和遙遠的超新星爆發(fā)數(shù)據(jù)相結合,繪出了一幅宇宙的現(xiàn)代圖景:
0.01%的輻射以光子的形式存在;
0.1%是中微子,非常輕微地導致了星系團周圍的引力暈;
4.9%是正常物質,包括由原子構成的所有事物;
27%是暗物質,或者說一種神秘的,不與任何物質發(fā)生相互作用(引力除外)的粒子,塑造了我們今天所觀察到的宇宙結構。
68%是暗能量,這是空間本身所固有的屬性。
2010年~2020年之間,又會有什么樣的重大發(fā)現(xiàn)呢?是否會開創(chuàng)引力波天文學?我們是否會發(fā)現(xiàn)暗物質的真面目?上世紀關于宇宙暴脹的預測是否會被證實?或者,我們是否可以發(fā)現(xiàn)宇宙中的地外生物?
我們尚不知道。讓我們共同期待吧。