宇宙大爆炸理论是如何被科学家提出来的?

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怀疑探索者
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宇宙大爆炸理论,最初是从广义相对论里面推导出来的一个结果。

在1917年之前,在全世界的主流思想界,基本上一致的认为,宇宙是一个静态的存在。特别是哲学界,哲学家们早就给出了一个结论,即宇宙已经存在了无限之久远,以前是那样的,现在也是那样的,在之后无限的未来依然会那样。总之,在整个哲学界来看,时空是稳定的、平衡的存在,波澜不惊,不会有什么大的变化。

甚至连当时38岁的爱因斯坦都持有这种静态的宇宙观。

尽管在之前的1916年,爱因斯坦已经总结性地完成了广义相对论,并且还提出了宇宙是有限无边的观念。无论是广义相对论,还是宇宙有限无边的观念,它们最终都会指向一种必然性的推导结论,即宇宙是有一个开端的。既然宇宙有其原始开端,则宇宙本身就不可能是静态的状态,否则不会有现今的状况。比如,广义相对论描述的是一个可变化的宇宙时空,时空是像橡皮泥一样可塑的弹性结构。而如果将相对论方程运用到描述整个宇宙时空时,就会发现一个结果,即宇宙一直处于一个动态的,被拉伸、扭曲、难以恒定的状态之中。

爱因斯坦

爱因斯坦仔细审查了这个结果,他发现,如果相对论方程是正确的,则暗示了宇宙一定会有一个原初的起点,或者叫做爆发点。这个推论让爱因斯坦内心非常的忐忑不安,因为这与当时全世界的主流思想不符合,特别是与哲学界的传统不一致。内心不安的爱因斯坦,为此辗转难眠,在经历了一番挣扎之后,他终于决定给其一手创造的相对论方程动一动手术,即在其方程式中新加入一个要素,让这个要素可以使得方程式在描述宇宙的时候,可以得出一个静态宇宙的结果。爱因斯坦把这个新要素命名为“宇宙常数”。

多年以后,爱因斯坦在回忆当年添加“宇宙常数”一项时,他说,这是当初向哲学界做了妥协。在那个年代,哲学界几乎统治一切,哲学家可以高谈阔论,可以嘲笑科学,而当时的科学家底气不足,还没有诞生向哲学界挑战的勇气。由于当年哲学界普遍认可宇宙是静态的,所以年轻的爱因斯坦尚未摆脱哲学对他的影响,在思想上始终持有传统。

实际上,一直到1921年,在当时的整个哲学界,都极端藐视爱因斯坦的理论,甚至把他视为“小丑”。哲学界第一大佬柏格森,多次在公开场合嘲笑爱因斯坦的相对论,说那是“乡巴佬搞出来的玩意”。

柏格森

柏格森甚至论证说,那个家伙提出的相对论,仅仅属于认识论,根本就不属于物理学。柏格森此人是世界哲学界一哥,也是大文豪,他的哲学观念多强调形而上学和反理性主义。由于柏格森的巨大名气,爱因斯坦一直处于被打压的地步。而爱因斯坦苦于其理论得不到完全证实,一直居于孤立无援的地步,尽管来自哲学界的傲慢一直让他无比的恼火。

后来,英国天文学家爱丁顿公开支持爱因斯坦,并且推动了一系列验证相对论的实验,最终证明相对论是正确的。但是,相对论还预言了时空可变,这与爱因斯坦脑海中的静态宇宙观是冲突的。

爱丁顿

时间到了1929年,美国天文学家哈勃公布了一篇论文,在论文中,哈勃指出他通过一系列的观测,证明了宇宙是处于不断膨胀的状态之中。哈勃利用多普勒效应,测量了一系列星系的推行情况,他对其中的18个星系中的光亮度进行测量,预估出这18个星系的距离,又通过不同距离的星系与各个星系的退行速度进行比对,他最后分析出一个结果,即距离地球比较近的星系,远离我们的速度较慢,而距离地球比较远的星系,远离我们的速度较快。

1931年,哈勃又继续发表了新的论文,提出了“哈勃常数”的概念。他通过计算,确认几乎所有被观测的星系,它们都在不断地远离地球。如此这般,则意味着宇宙并非是静态的,而是在膨胀之中。

哈勃

哈勃的新发现让爱因斯坦为此大吃一惊,爱因斯坦立即参观了哈勃工作的天文台,哈勃做了陪同。参观结束,爱因斯坦沮丧地对哈勃说,你是对的。于是,爱因斯坦修正了他的相对论方程,将“宇宙常数”一项删除。爱因斯坦对其理论的的修改,意味着他接受了全新的宇宙观,即宇宙一直处于膨胀扩大之中。而这个事实,是与当时哲学界几千年的传统观念所冲突的。是科学家的不懈努力,粉碎了哲学界的千年陈腐谬论。后来的1990年,美国发射了哈勃望远镜,再一次验证了哈勃的理论。

在1927年,比利时的天文学家勒梅特也发表了一篇论文,他基于爱因斯坦的广义相对论,对整个宇宙空间进行研究。他发现,宇宙空间之中的物质和能量具有的万有引力,会导致宇宙空间结构被压缩或者拉伸,根本不可能处于静态。

勒梅特在论文中指出,宇宙之中星系与星系之间的距离在不断的扩大,显然昨天的宇宙与今天是迥异的。如果我们还原宇宙的演化,就会在很久远之前得到一个无限小的宇宙空间。这个无限小的宇宙空间,勒梅特命名为“奇点”。在奇点处,时空被无限的弯曲,所有的物质和能量都被容纳到这个小小的“原始之点”之内,而且时间在此开端。

之后,勒梅特的论文启发了俄裔美籍物理学家伽莫夫。这位伽莫夫就是科普神作《物理世界奇遇记》《从一到无穷大》的作者。他在勒梅特的研究基础上,完善了宇宙大爆炸理论。

伽莫夫

如今,宇宙大爆炸理论已经得到了全世界主流知识界的肯定,无论是科学界还是哲学家,都认同这一科学学说。知识界普遍认可这样的事实,即宇宙大爆炸理论是对哲学的一次重大突破,这证明了科学家比哲学家更有能力研究世界本质。当科学一旦介入某项研究领域的时候,哲学家只能静悄悄的走开。

为宇宙大爆炸理论作出贡献的科学家,如爱因斯坦、哈勃、勒梅特、伽莫夫他们,都名列教科书,名字熠熠生辉,可是有多少人还记得住当初那个嘲笑过爱因斯坦的柏格森呢?

作者:怀疑探索者

太空科学站
2020-12-27 · 以短视频的方式科普宇宙天文知识
太空科学站
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大爆炸理论是一个关于宇宙起源的假说理论,认为我们的宇宙大约诞生与138亿年前的一次奇点大爆炸,从这一刻开始,宇宙进入到了演化阶段,然后一步步形成了我们现在所看到的样貌

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青百123

2020-05-17 · TA获得超过2840个赞
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宇宙大爆炸理论是在研究宇宙的起源过程中,通过溯源而发现的这种理论
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小南学长tC
高粉答主

2020-05-17 · 每个回答都超有意思的
知道小有建树答主
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宇宙大爆炸最开始是由比利时的勒梅特经过观察天文以及星系的移动轨迹提出的,然后经哈勒完善后被现代科学家所普遍接受的一种理论。
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藤野慧慧子
2020-05-17 · TA获得超过375个赞
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哈勃在观测银河系外星系时,发现红移现象,说明这些光在离我们越来越远。也就是说宇宙是一直在膨胀的,因此提出了宇宙大爆炸的假说。
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