严格来说,我们不能够完全确定大爆炸理论的正确性,即使我们相信广义相对论的正确性,即使我们相信现在的观测数据,依然不能够100%说明大爆炸理论的正确性。
问题出在什么地方呢?首先要看看为什么我们选择大爆炸理论。
这个要从标准的宇宙学模型说起。现在的绝大多数的观测数据,包括宇宙学红移、宇宙微波背景辐射、超新星等等,说明从大尺度上讲,我们周围的可见物质都在远离我们。而且我们周围各个方向的物质原理我们的速度差不多。也就是说,每个方向都是相同的。
然 后问题来了,这些东西远离我们,说明了什么?那么我们先要思考一个问题:我们作为宇宙的观察者,到底处于一个什么样的地位?客观的讲,没有什么理由说,我 们处在宇宙的中心。(当然,也没有理由说明,我们不是处在中心。剩下的就是信仰问题了。不过从我们的全天扫描来看,宇宙中物质大尺度上分布是很均匀的,既 然是均匀的,那么我们就觉得,很可能就没有中心了。)如果我们不是处在中心,那么周围各个方向星系远离我们的速度差不多,说明整个宇宙在膨胀。
现在我们论证了现在的宇宙在膨胀。然后利用各向同性和均匀性假设(称为宇宙学原理),然后我们知道现有的物质的物态方程,可以发现宇宙过去也是在膨胀。那么我们倒退回去,如果宇宙一直在膨胀,那么过去应该是很小的一个宇宙。这就是大爆炸理论大致的逻辑。
倾听“大爆炸”的回响
我们已经能够从科学的证据出发,去追踪宇宙的历史,
回溯远在人类甚至最早的生命痕迹出现之前的年代。并且,我们的知识的神秘界限还在不断地延伸……
一项使宇宙学进入“精确研究”时代的标志性成果,被授予年度诺贝尔物理学奖。获此殊荣的是两位美国物理学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特。他们在过去的十多年里,带领着一支研究团队,精确测量出宇宙微波背景辐射之波长分布的黑体谱,并发现宇宙微波背景辐射在不同方向上有着极其微小的温度差异,也就是所谓的各向异性。
诺贝尔奖评审委员会发布的公报称:他们的研究成果为有关宇宙起源的大爆炸理论提供了支持,将有助于研究早期宇宙,帮助人们更多地了解恒星和星系的起源。“把现代宇宙论转化为一门精确的科学”。
这个物理学奖项,我以为有两点值得关注:其一,这在天体物理学领域是第二次为微波背景辐射方面的研究成果授奖;其二,该成果虽被视为解释宇宙起源的标准理论。但并未完全被证明且一直存在争议的大爆炸模型关联度极大,而后者所涉及的又是一个十分敏感的问题:这个世界到底是在某个特定时刻诞生的,还是一直就存在着?
让我们首先回溯到1927年,比利时天文学家乔治,勒梅特
提出一种理论,认为宇宙的物质和能量最初都高度密集在一个不稳定的“宇宙蛋”或“原初原子”中。
由于不明的原因,“宇宙蛋”向外爆炸,破裂成向外扩散的碎块,这些碎块后来就形成了今天我们所看到的各种宇宙成分。勒梅特的这个设想提出两年后,美国天文学家爱德温。哈勃观察到远方星系的红移现象,这表明宇宙正在膨胀。
到了20世纪40年代末,俄裔美籍物理学家乔治,伽莫夫
开始认真考虑将已知的物理学理论用于勾画宇宙早期阶段状况的可能性。他阐明了早期宇宙火球中发生的核反应如何将氢转变成氦,并预言大爆炸后残留下来的“余温”——宇宙背景辐射,
会以微波的形式抵达地球。1965年,美国天文学家阿农·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在排除卫星信号接收的背景噪音时意外地观测到宇宙背景辐射,从而为大爆炸理论提供了有力的佐证。他们两人因此获得了1978年的诺贝尔物理学奖。
至此,一个合乎逻辑的结论是:如果我们把时间反推回去,就可以想象,大约150亿年前,宇宙始于一场创造了空间、时间和物质的大爆炸。
随后,它又急骤膨胀、冷却,逐渐衍生成众多的星系、星体、行星,直至出现生命。
然而,近几十年来,经由媒体宣传早已“深入人心”的大爆炸理论却争议不断,而作为大爆炸理论主要支柱的宇宙微波背景辐射也一直受到质疑。质疑者指出,科学家们在对数据的分析研究上已经犯了错误,因为有一部分宇宙背景辐射很可能与大爆炸毫无关系,而是局部物理现象所致。比如星际尘埃、恒星际尘埃和星系际气体等,都有可能产生此类辐射。
换句话说,宇宙背景辐射可能并不像人们原本以为的那样可信,它所解释的只是占到宇宙5%的一小部分。如此看来,大爆炸理论就显得非常令人生疑了。
数十位科学家和工程师曾经在英国《新科学家》杂志发表《致科学界的公开信》,对大爆炸理论提出了强烈批评。信中称:如今,大爆炸理论越来越多地以一些假设、一些从未被实证观察的东西作为自己的论据:暴胀、暗物质和暗能量等就是其中最令人震惊的一些例子。这种不断求助于新的假设来填补理论与实测之间鸿沟的做法,在物理学的任何其他领域中都是不可能被接受的。这至少反映出这一来历不明的理论在有效性方面问题严重。
更重要的是,“大爆炸理论从来没有任何量化的预言得到过实际观测的验证。该理论捍卫者们所宣称的成功,统统归功于它擅长在事后迎合实际观测的结果:它不断地在增补可调整的参数,就像托勒密的地心说总是需要借助本轮和均轮来自圆其说一样”。
具有讽刺意味的是,“大爆炸”这个名词,实际上是英国天文学家、宇宙“稳恒态假说”创始人之一弗雷德,霍伊尔在1950年创造、用来嘲笑这个在他看来“精美得就像从蛋糕中跳出来的交际花”的理论的,不想后来它竟成了一个标准术语,名声也越来越响。
当人们发现我们现在的宇宙定律并不适合大爆炸理论所描述的某些情形,而迫使大爆炸理论家求助于初始宇宙是一个“奇点”的思想时,霍伊尔及其追随者挖苦说:“你们与其发现一些东西把大爆炸理论搞得一团糟,还不如怀疑这个理论本身的正确性。”其实,大爆炸这个比喻并不恰当。确切的说应该是某种神奇的力量促使宇宙发生“急促膨胀”,而不是“爆炸”。
美国作家马克·吐温曾经感叹道:
“科学上有些东西是深具魅力的,少许微不足道的事实就可以引出一大堆猜想。”奥地利科学哲学家卡尔,波普则强调:一个好的理论特征是,它能给出许多原则上可以被观测所否定或证伪的预言。每回观察到与预言相符的新实验,则该理论就幸存,并且也增加了我们对它的可信度;然而,若有一个新的观测与之不符,则我们只得抛弃或修正该理论。
目前,大爆炸理论仍被认为是解释宇宙起源的最好模型,也为宇宙学家所普遍接受;尽管它已经出现了些许观测上的裂缝和理论上的缺口,且还有许多问题尚不能做出回答。