在较近的尺度内,也有一些恒星或星系在朝向我们运动,这个运动会造成谱线向高频端(蓝端)移动,我们把这个称为“蓝移”。在宇宙里,红移是压倒多数的。
回到哈勃(物理学家,不是以他命名的那台太空望远镜)的发现上来,“遥远星系在离我们而去”这个好懂,也能有许多推论,甚至可以说:“行,它们不喜欢我们”,而“距离我们越远,退行得越快”说明什么呢?这一条说明,它们之间也互相看着不顺眼,也在彼此远离。就像我们吹气球时,气球上的所有点都在互相远离一样,并且原本相隔越远的,彼此之间的退行速度越快。
从哈勃的这个发现,可以得到一个令人惊人的结论,就是既然现在的星系都在彼此远离,那么我们把时间倒推回去,推到 140 亿年前,它们就是从同一个点跑出来的。这个结论,就是“大爆炸”。
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我们为什么相信大爆炸理论?
“大爆炸”意味着宇宙有一个起点,这个可能会让某些人备受鼓舞—— “我们早就说这个世界是被创造出来的吧!”不过,对于一件事,蒙对的和啪交友应用推导实证出来的,科学只认后者。
关于“大爆炸”也会产生一些涉及哲学的思辨,比如“大爆炸之前发生了什么?”而时间作为宇宙——至少,作为眼前这个宇宙——的一个属性,在宇宙出现之前不该存在,因此也谈不上“之前”。
当牛顿提出万有引力理论的时候,就意识到,宇宙中的天体会因为引力而落到一起变成一个点,他的解决办法是认为有无限个天体施加着朝外拽的力,这样就可以避免——其实并不会,按照数学方法,无限个天体最终也会聚到一起的。
虽然“大爆炸”的理论部分是从爱因斯坦的广义相对论推出来的,但爱老师显然比较喜欢静态宇宙的信念,还在广义相对论里加了个宇宙常数,微调了一下,来维持宇宙不涨不缩。“大爆炸”理论则揭示了一个演化中的宇宙,结束了静态宇宙的概念。爱因斯坦后来说:“加这个宇宙常数可能是我犯过的最大错误。”
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韦布望远镜轨道示意图 来自NASA
支持“大爆炸”理论的另外一个观测结果,是宇宙微波背景。“大爆炸”那一刻,那个极小的宇宙必然是密集白热的,而到了今天,向遥远的“宇宙边缘”望去,我们应该还能观测到“爆炸”的余辉。而因为一个膨胀的宇宙,这个光的波长会拉伸得非常厉害,跑到微波波段,这个微波信号是无论朝宇宙的哪个方向看都是一样的。1965 年,美国的彭齐亚斯和威尔逊无意中检测到了这个白天晚上冬天夏天横着看竖着看都是一样强度的微波噪声,并因此获得了 1978 年的诺贝尔奖。
“大爆炸”理论还有许多其他观测证据,最主要的有宇宙中原始轻元素(这个词没打错,是“轻”不是“氢”)的丰度以及大尺度结构和星系的形成演化。这里篇幅有限,就先不说了。
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