宇宙到底是怎样形成的？已知理论能解释吗？

发布网友 发布时间：2022-04-20 14:53

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热心网友 时间：2023-07-14 15:40

“宇宙到底是怎样形成的？”这个问题现在人类还无法回答，也许永远无法回答。

无法回避的问题

当然，对于这样一个三岁小孩都可能会问出的问题，作为有思想有智慧的人类，是无论如何也避不开的。因此，虽然这个问题没有确切的答案，不过人们还是会给出各种的解释。我前面说人类无法回答，但并不是没有人回答，实际上现在关于宇宙来源有各种答案，包括宗教的，包括哲学思考的，当然也包括科学的。宗教和哲学思考我们可以不予参考，但你可能奇怪难道科学已经给出的答案也不算回答吗？是的，不算。因为目前人类没有可靠的基础理论来支持回答宇宙起源的问题。

我们知道，作为一个历史事实，宇宙的诞生是无法重现的，我们无法用实验让宇宙重新诞生一次，因此在科学上回答宇宙来源的问题我们只能通过理论推理。目前关于宇宙来源，唯一可靠的科学理论是根据宇宙膨胀提出的宇宙大爆炸理论。

理论的雏形

它最早在广义相对论发布初期就初见倪端，爱因斯坦最先发现了自己的引力场方程预言了宇宙是动态的，它要么在膨胀，要么在收缩。由于对静态宇宙的坚信，爱因斯坦画蛇添足地在已发表的引力场方程里加入了一个常数项，后来被称为宇宙常数，用以抵消引力所产生的收缩效应。

到上世纪20年代初，前苏联数学家弗里德曼求解不含宇宙常数的广义相对论的引力场方程得到的一个解，显示宇宙有可能是膨胀的，但他的结论并没有得到重视，甚至无法在物理期刊发表（据说他所投的物理期刊的审稿人就是爱因斯坦）。稍后比利时天文学家勒梅特通过求解包含宇宙常数的引力场方程得到相同的结论，并预言了宇宙中的星系会随着宇宙膨胀彼此远离，甚至预言了星系远离的速度与距离成正比（哈勃定律）。

由于勒梅特本身熟悉广义相对论，他的证明论文写得非常好，加上他师出名门（英国天文、物理学家爱丁顿的学生），论文成功发表在一个法国物理期刊上。不过由于当时科学界普遍受进化论引起的无神论思潮的影响，虽然勒梅特的数学证明相当漂亮，但并没有多少人接受这一结论，包括相对论提出者爱因斯坦本人。因为勒梅特的膨胀宇宙模型指向宇宙有一个创生的时刻，这是当时很多科学家不能接受的，加上勒梅特本身曾为神职人员的身份，避不开借科学证明神创论的嫌疑。

膨胀的宇宙

不过在勒梅特论文发表后没两年，美国天文学家哈勃就通过天文观测发现了勒梅特所预言的宇宙膨胀证据——星系远离速度与距离的正比关系。当时哈勃利用标准烛光测量20多个遥远星系的精确距离，然后利用多普勒效应根据星系光谱的红移情况计算出各星系的视向速度（即视线方向上的速度），然后根据统计出的星系距离和红移量，他发现距离我们越远的星系远离我们的速度越快，也就是所有的星系都在离我们而去，而且距离越远，远离的速度越快。从哈勃的观测结果，科学家很容易就得出宇宙正在膨胀的结论，而这结果与勒梅特的预言相吻合。爱因斯坦在亲自到美国看了哈勃的观测记录后决定将额外加进去的宇宙常数项从引力场方程中去掉。

热大爆炸理论

上世纪40年代，美国的俄裔物理学家伽莫夫在弗里德曼、勒梅特、哈勃等人工作的基础上，提出热大爆炸模型，并预言了热大爆炸初期遗留下来的宇宙背景辐射，甚至根据理论准确预言了背景辐射频率目前处于微波波段，约为5-10K的黑体谱（频率由温度决定的热辐射连续光谱）。

60年代中，美国无线电工程师彭齐亚斯和威尔逊在调试无线电天线时偶然接收到了热大爆炸模型所预言的宇宙微波背景辐射，频率与理论预言极其接近，目前精确测量结果约为2.72548 ±0.00057K。

至此根据科学理论（广义相对论和量子力学）提出的宇宙来源理论——宇宙大爆炸理论被确立。

暴胀理论

但随后对宇宙微波背景辐射的测量却发现了问题，科学家发现无论往哪一个方向测量，背景辐射的温度惊人地一致，如此均匀的温度是怎么产生的？要知道我们往北测量到的背景辐射和往南测量到的背景辐射在宇宙大爆炸后就没有发生过热交换，那它们之间是如何取得热平衡的？直到80年代初，美国物理学家古斯等人提出了暴胀模型。该模型提出在宇宙大爆炸初期，宇宙均匀膨胀并取得了热平衡，但在宇宙大爆炸后约10^-36秒，宇宙突然急剧暴胀了约2^100倍，急剧的空间膨胀抹平了所有的不均匀，产生一个平滑的宇宙，然后在宇宙大爆炸后约10^-33秒，暴胀停止，宇宙大爆炸（宇宙膨胀）继续。

在之后的宇宙历史中，宇宙中的物质在引力作用下聚集，形成了恒星和星系。暴胀结束后的宇宙膨胀也在背景辐射里留下了微量的起伏（小于1/10^5）。

至此整个科学理论下的宇宙来源理论基本成型。

问题解答了吗？

你可能想起来了，我在一开始不是说人类无法回答宇宙怎么形成这个问题的吗？没错，无法回答。上面说的宇宙大爆炸理论（包含暴胀理论）是根据两个基础理论建立——广义相对论和量子力学。然而大家都知道这两大基础理论都有适用范围，在两者适用的边界是无法协调的，也就是宇宙大爆炸赖以提出的两大基础理论是互不兼容的。然而在宇宙大爆炸初期，即宇宙在量子尺度下，广义相对论如何正确描述？而不单广义相对论，在早期超高的能量状态下，量子力学似乎也无法做出任何预言，因为目前物理学家对如此高的能量状态下的物理规律一无所知。还有一点是，根据量子力学，我们即使假设量子力学在宇宙大爆炸开始时就成立，但我们能根据理论预言的也只能从宇宙诞生后10^-43秒（普朗克时间，量子力学里时间的最小单位和观测极限）开始，对之前则依然一无所知。

说了那么多，我只想说，我们目前已知的物理理论，实际上还无法描述宇宙形成的完整过程。正如我们的物种起源理论无法完整描述生命如何产生一样，但这不妨碍宇宙大爆炸理论作为我们目前解释宇宙形成唯一可靠的理论。我们也许永远不知道*，但随着理论的发展，我们会越来越接近*！这就够了。

热心网友 时间：2023-07-14 15:40

宇宙是一个很大的星体，充满着奥秘。形成宇宙的因素会有很多科学家发现了或没发现的新的存在粒子，所以暂时来说理论解释不了。

热心网友 时间：2023-07-14 15:41

宇宙特别的大，有很多神秘的物质存在，宇宙就是所有空间和时间的组合体，当宇宙存在的时候，我们才能够存在，暂时没有已知理论能够解释宇宙的形成。

热心网友 时间：2023-07-14 15:41

很多人都说宇宙是大爆炸的产物，宇宙很大很神秘，迄今为止依然有很多现象是科学不能解释的，宇宙神秘莫测，让人敬畏。