核心提示：许多有关大爆炸理论的描述都描绘了一幅有误导性的图像 。图片来源：Pixabay来源 Science Nordic撰文 Elise Kjrstad翻译 武大可编辑 戚译引“整个宇宙被...
许多有关大爆炸理论的描述都描绘了一幅有误导性的图像 。
图片来源：Pixabay
来源 Science Nordic
撰文 Elise Kj?rstad
翻译 武大可
编辑 戚译引
“整个宇宙被‘打包’成一个无限小的点，然后发生了爆炸，将组成如今宇宙的物质散播到空间中 。”——天体物理学家会告诉你，这条陈述中的所有内容都错了 。
“这完全不是我们认识大爆炸的正确方式，”挪威奥斯陆大学（University of Oslo，UiO）教授、宇宙学和天体粒子物理学者Torsten Bringmann说 。UiO 的理论物理教授 Are Raklev 也注意到，许多有关大爆炸理论的描述都描绘了一幅有误导性的图像，与大爆炸理论所描述的不同 。他们向我们澄清了一些最普遍的误解 。
真实的大爆炸：热而致密
首先，“大爆炸”真正所指的是什么？
“大爆炸理论认为，大约在 140 亿年前，宇宙处于一个远比今天热且致密的状态，然后发生了大幅膨胀 。这就是大爆炸理论，仅此而已 。”Raklev 说 。从那以后，空间继续膨胀，变得越来越冷 。
基于大爆炸理论，科学家们更清晰地了解了宇宙古代，例如基本粒子什么时候形成，原子、太阳和宇宙岛什么时候形成 。他们已经很好地了解了宇宙年龄约 10-32 秒时所发生的事情 。也就是 0.0000000000000000000000000000000001 秒，天体物理学家 Jostein Riiser Kristansen 在一篇文章中写道 。
现在来看误区 。
误区 1： “这是场爆炸”
Are Raklev 表示，“大爆炸”这个说法让它听起来像是一场爆炸，但这并不是一个准确的描述 。你会很快明白真相 。
20 世纪 20 年代初，数学家 Alexander Friedmann 发现爱因斯坦的广义相对论提供了一个不断膨胀的宇宙 。比利时神父 Georges Lema?tre 也得到了相同的结论 。
很快，Edwin Hubble 发现宇宙岛的确正在远离彼此 。宇宙岛正在离我们而去 。来自宇宙岛的光是红移的，这意味着波长变长，朝着光谱的红色端挪移 。不仅如此，宇宙岛的退行越来越快 。
终有一天，几乎所有我们现在能通过望远镜观察到的宇宙岛都会离开我们的视野，最后所有的太阳都在夜空中“熄灭”，观察者将望向永恒黑暗的孤寂天空 。幸运的是，这离我们还很远很远 。
我们也可以反一直看这个故事 。宇宙岛正在远离，意味着它们曾经靠得很近 。“如果你把整个可观测宇宙倒放回去，一切都将浮现在一个非常非常小的区域内，”Raklev 说 。
那么我们就到了大爆炸的时间点 。这时发生了什么？
很容易将大爆炸想像成一场爆炸，其中物质被抛出，如同一颗手雷爆炸后飞射的木块 。“但在大爆炸中，扩散出去的并不是物质，”Raklev 说，“是宇宙本身在膨胀，时空本身在膨胀 。”
一场物质向各个方向飞出的爆炸，并不是描述大爆炸的准确图景 。
误区 2：“宇宙在更大的某物内膨胀”
本来并不是宇宙岛在互相远离，而是空间本身在膨胀 。我们可以想象一个带有葡萄干的生面团，其中面代表空间，而葡萄干代表宇宙岛 。随着面团膨胀，葡萄干自然会彼此离得更远，但它们并未在面团中挪移 。Bringmann 用气球的表面举例 。在未充气的气球表面画上点，这些点之间的距离也会随着气球的膨胀而增大 。
“与此同时，宇宙岛也在受万有引力的作用而发生挪移——这是另一个效应，”Rakelv 说 。
少数一些宇宙岛是蓝移的，这意味着它们正在向我们靠近 。但惟独我们附近的少数宇宙岛是如此 。在较大的距离上，这种效应完全被哈勃定律所覆盖——宇宙岛离我们远去的速度与距离成正比 。事实上，在相距极远的点之间，距离增长的速度甚至超过了光速 。
面团只能在烤箱内的有限空间中膨胀 。但宇宙呢？宇宙的“外面”是什么？
宇宙不是在什么东西内部膨胀 。科学家不认同宇宙存在边界 。我们所称为可观测宇宙的，像是一个直径 930 亿光年的气泡 。其中看起来离我们越远的地方，我们所观测到的实际时间越早 。而我们所能观测或测量的范围，不超过光从大爆炸时起向我们传播的距离 。
也正是因为膨胀，可观测宇宙的大小才反直觉地超过了 140 亿光年（宇宙年龄约 140 亿年） 。但科学家计算出这个范围以外的宇宙甚至更大，兴许是无限的 。
看起来宇宙应该是“平整的 。这意味着两条平行的光束会保持平行，永不相交 。如果尝试去往宇宙的尽头，你永远也无法到达 。宇宙是无穷的 。
如果宇宙具有正曲率，则理论上可以是有限的 。但这一情况类似于三维中的二维球面 。如果试图到达球面的“边界”，无论从哪里出发，你都会最后回到起点 。就像环游世界后回到了出发点 。
无论哪种情况，宇宙都在膨胀，并且它不是在什么东西内部膨胀 。不断变大的无限宇宙也仍然是无限的 。一个“球形”的宇宙并没有边界 。
图片来源：Pixabay
误区 3：“大爆炸有一个中心”
如果我们把大爆炸想象成一场爆炸，很容易认为爆炸是由一个中心出发、向外发生的 。这确实是一场爆炸的特征 。
但大爆炸并非如此 。几乎所有方向的全部宇宙岛都在远离我们，令人以为地球就是宇宙开始的中心 。但这并不是事实 。其他宇宙岛的观测者也会看到同样的现象，Bringmann 解释道 。
宇宙中的所有部分都在同步膨胀 。大爆炸并非在某个特定区域发生 。“它发生在所有的地方 。”Rakelv 说 。
误区 4：“起初，整个宇宙都聚集在一个小小的点上”
在大爆炸开始时，整个可观测的宇宙的确是被聚集在很小的一块空间中的 。但整个宇宙如何可能既是无限的，同时又具有极小的确定尺度呢？
你可能会读到，宇宙最初小于一个原子大大小，后来小于一个足球的大小云云 。但这样的类比给出了时空起初存在边界的错误暗示 。
Raklev 说：“并没有什么能表明宇宙在大爆炸发生时不是无限的 。当时的宇宙更小这一描述的意义是，当时一米的尺度通过宇宙膨胀，对应的是如今的数十亿光年 。”
而当我们在特定场合下讨论宇宙的确切大小时，指的实际上是我们可观测的宇宙 。“整个可观测的宇宙是来自于一个很小的区域，可以称其为一点 。但是这一点旁边的点也同样在膨胀，再旁边的点也是如此 。只是它们离得太远了，我们无法观测到 。”Raklev 说 。
误区 5：“宇宙无限小，高热而致密”
你兴许听说过宇宙是从一个奇点开始的 。或者说它是无穷小而高热的 。这兴许是对的，但很多物理学家不认为这是正确的理解方式 。
根据宇宙学家 Steen H. Hanse 所说，奇点是一种对数学形式破坏的表达，不能够被普通的物理学所描述 。
Bringmann 总结了大爆炸的意义：“今天的宇宙比昨天的要大一些，也比一百万年前的要大一些 。大爆炸理论正是将这一过程沿着时间向回推演 。而进行这样的推演需要的理论工具正是广义相对论 。”
“如果沿着时间向回如此推演，宇宙会越来愈小，越来越致密，温度越来越高 。最后达到一个极端小、极端热、极端致密的状态 。这就是大爆炸理论：整个宇宙开始于这样的状态 。而这一推演也只能到此为止 。”Bringmann 说 。
向来使用广义相对论向回推演，菜叶网，当体积变为零，理论上密度和温度都会到达无穷 。“这只是纯粹的数学上的推论，超出了物理理论实际同意的范围，”Bringmann 说，“当到达能量密度和温度都如此之高的地步，我们所拥有的物理理论已经无法描述了 。”
他说，物理学家需要不同的理论来描述这样的状态，也有一些人正从事这方面的研究 。“我们需要什么来描述这样的极端条件呢？我们需要进入一个结合了引力和量子理论的领域 。临时没有人能整合这两种理论 。量子引力理论恰恰被预期是无法给出所有东西回到同一点的结论的 。”
所以至少到目前为止，宇宙古代的最早一点，仍对我们隐藏 。
【爆炸和暴炸的区别 大爆炸是怎么形成的】
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