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多年來，我們一直認(rèn)為宇宙的起源來自一次巨大的爆炸，也被稱為“大爆炸理論”。這個理論通過星系紅移現(xiàn)象以及宇宙微波背景輻射的提出和發(fā)現(xiàn)，以及對原始宇宙元素的研究，得到了大部分科學(xué)家的支持和認(rèn)同。 然而，最近一篇發(fā)表在《物理與天文學(xué)雜志》上的論文，卻令人開始質(zhì)疑大爆炸的存在與真實性。這篇由埃里克·勒納撰寫的《大爆炸從未發(fā)生：一個結(jié)論性的論點》文章，正式挑戰(zhàn)了我們此前所接受的關(guān)于宇宙起源的解釋。 更令人驚訝的是，韋伯望遠(yuǎn)鏡最新的觀測結(jié)果似乎從側(cè)面偏向于勒納的論點，這使得宇宙的起源變得更加撲朔迷離。  普遍認(rèn)同的宇宙大爆炸觀點是怎么來的？“宇宙大爆炸理論”是1927年勒梅特提出的，雖然當(dāng)時的人們并不贊同，但是隨著對宇宙的不斷了解和觀測，人們之后也認(rèn)同了這個觀點。 1929年，埃德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)一些星系正在離我們越來越遠(yuǎn)，也被稱為星系紅移現(xiàn)象。而且星系離我們越遠(yuǎn)，紅移現(xiàn)象就越明顯，這也說明了宇宙確實正在膨脹，星系不僅僅是相對于我們運動，而是整個宇宙在膨脹。 在1948年伽莫夫建立了“熱大爆炸”觀念，認(rèn)為那次爆炸將無盡的能量和物質(zhì)釋放到宇宙 空間之中，并且認(rèn)為現(xiàn)在宇宙中還存留著當(dāng)時爆炸過后的輻射。  紅移相當(dāng)于遠(yuǎn)離我們 被稱為“宇宙微波背景輻射”的發(fā)現(xiàn)更進一步證實了宇宙大爆炸的真實性。在20世紀(jì)60年代，這一神秘的輻射沒被天文學(xué)家觀測到，卻被彭齊亞斯和威爾遜兩個裝電話天線的偶然間發(fā)現(xiàn)了 宇宙微波背景輻射是一種類似于熱輻射的微弱輻射，來自宇宙起源時的能量釋放。這個輻射幾乎均勻地填滿了整個宇宙，并被認(rèn)為是宇宙誕生后較早的輻射。它的存在與大爆炸理論的預(yù)測的內(nèi)容基本一致，這更加強了大爆炸理論的真實性。 并非僅有星系紅移和宇宙微波背景輻射支持著宇宙大爆炸理論，原始宇宙的元素相對豐度也是重要的證據(jù)。  背景輻射的概述圖 早期宇宙充滿了高能粒子和輻射，處于高溫高能的環(huán)境中。隨著宇宙的膨脹降溫，這些原始的粒子進行碰撞與融合，形成了更重的元素。在宇宙大爆炸后不久，溫度和密度逐漸降低，在約3分鐘的時間內(nèi)，原始宇宙中的核反應(yīng)開始形成了豐富的氫元素。 具體來說，根據(jù)大爆炸理論，原始宇宙中相對豐度最高的是氫元素，約占總質(zhì)量的約75%。其次是氦元素，約占總質(zhì)量的約25%。 通過觀測和實驗測定，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了與大爆炸理論預(yù)測相符合的元素豐度。所以這個看似無懈可擊的理論已被廣泛接受，被大眾視為解釋宇宙起源的唯一真理。  宇宙大爆炸前期概述圖 大膽質(zhì)疑！爆炸從未發(fā)生過？但在1991年，埃里克·勒納寫了一本《大爆炸從未發(fā)生》的書，對宇宙大爆炸理論進行了根本性的質(zhì)疑。他提出了一個令人震驚的概念：大爆炸從未發(fā)生過！ 特別是最近一篇由勒納在《物理與天文學(xué)雜志》上發(fā)表的論文《大爆炸從未發(fā)生：一個結(jié)論性的論點》試圖打破這個看似堅不可摧的研究領(lǐng)域，這也是首次在有聲望的雜志上發(fā)表一篇質(zhì)疑宇宙大爆炸理論的文章，引起了科學(xué)界和大眾的廣泛關(guān)注。 其實在1930年，查德·托爾曼也提出了一種方法來判斷宇宙是靜止的還是正在膨脹。他的方法是比較星系的亮度和它們的紅移程度，通過比較星系的視亮度和視直徑，從而計算出星系的表面亮度。  也引起其他天文學(xué)家對大爆炸理論質(zhì)疑 通常情況下，星系越大，亮度越高，更遙遠(yuǎn)的星系看起來更暗淡，但它們的表觀尺寸也更小，因此表面亮度仍然相同。所以我們預(yù)測所有星系的表面亮度應(yīng)該差不多。但是多少年來，主流的物理學(xué)家從未使用過托爾曼的方法來驗證他們的假設(shè)是否準(zhǔn)確。 在2014年，勒納和他的團隊通過使用托爾曼的方法測試，對超過1000個遠(yuǎn)近的星系進行了測量，他們關(guān)注的是這些星系的表面亮度（即單位面積上的亮度）。 令人驚奇的是，無論這些星系距離我們遠(yuǎn)還是近，他們的表面亮度都保持一致，沒有變化。這個發(fā)現(xiàn)非常重要，因為它說明了星系并沒有在分離，也就是說宇宙可能并不是在膨脹。  亮度與尺寸的比值稱為表面亮度，并不等于實際亮度 有人通過上述發(fā)現(xiàn)提出了一種名為靜態(tài)宇宙論的理論，他們認(rèn)即光會隨著時間的流逝失去能量，這種理論也被稱為“疲勞光假說”。如果宇宙是靜態(tài)的，光是疲憊的，那么托爾曼檢驗準(zhǔn)確地預(yù)測了我們觀察到的東西，因此沒有發(fā)生大爆炸。 如果大爆炸沒有發(fā)生，科學(xué)界將面臨天翻地覆的變化。首先，我們不再需要相信宇宙的能量和物質(zhì)是突然從無到有出現(xiàn)的。相反，我們可以認(rèn)為宇宙是永恒存在的，而不是只有138億年的歷史，這個觀點得到了很多宗教團體的支持。 另外，我們也可以不再相信宇宙由“暗物質(zhì)”和“暗能量”組成，因為這些概念只是為了解釋宇宙中我們無法理解的東西而提出來的。如果沒有大爆炸，我們可能會發(fā)現(xiàn)更多與宇宙起源和組成相關(guān)的證據(jù)，這將有助于改變我們對宇宙的認(rèn)識。  宇宙大爆炸若不存在將改寫我們的認(rèn)知 但是這個理論遭到了支持大爆炸理論的人的反對，而這個“疲勞光假說”是錯誤的，因為在一個靜態(tài)宇宙中，大爆炸是不存在的，所以也不會產(chǎn)生任何熱量的，但宇宙微波背景輻射卻是實際存在的。 實際觀測結(jié)果表明，目前唯一幾乎符合所有觀測證據(jù)的模型就是大爆炸理論，因此勒納的理論在早期就被推翻了。所以說目前來看，宇宙大爆炸的理論還是成立的。  宇宙大爆炸目前還沒有被推翻 韋伯觀測宇宙，結(jié)果顯示大爆炸似乎沒有發(fā)生？但韋伯望遠(yuǎn)鏡確實看到了一些現(xiàn)在無法解釋的事，最近韋伯望遠(yuǎn)鏡在宇宙的最深處發(fā)現(xiàn)的初代星系，似乎與我們此前的預(yù)期截然不同。那么韋伯望遠(yuǎn)鏡到底是什么，它又拍到了什么令人震驚的現(xiàn)象呢？我們接著往下看。 詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（簡稱JWST），是目前世界上最大、最先進的太空望遠(yuǎn)鏡，它的發(fā)射計劃于2021年12月，被送入位于地球軌道上約148萬公里的位置，那里完全沒有大氣層的干擾，從而能夠捕捉到宇宙中一些最神秘又迷人的景象。 上個世紀(jì)90年代初。當(dāng)時，NASA啟動了一項新的太空望遠(yuǎn)鏡計劃，目的是取代哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。雖然哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在過去的幾十年里為我們提供了許多令人驚嘆的圖像，但它開始出現(xiàn)一些技術(shù)問題，并且觀測的頻段有限。于是，科學(xué)家們意識到，我們需要一架更強大和多功能的望遠(yuǎn)鏡，韋伯空間望遠(yuǎn)鏡就應(yīng)運而生了。  圖為韋伯望遠(yuǎn)鏡 韋伯望遠(yuǎn)鏡是一座移動的天文觀測臺，它擁有一架6.5米直徑的主鏡，面積是是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的5倍大。這意味著韋布望遠(yuǎn)鏡將能夠收集到更多且更清晰的光線，因此能夠觀察到更遠(yuǎn)、更古老的天體。 它的科學(xué)儀器也非常精密，包括紅外攝譜儀、近紅外相機和中紅外攝譜儀等。這些儀器的結(jié)合使得韋伯可以觀測到可見光和紅外線的廣泛頻段，它們將幫助我們更深入地了解宇宙的本質(zhì)。 韋伯望遠(yuǎn)鏡有著極高的分辨率和靈敏度，它可以透過宇宙星云和塵霧看到一些最遠(yuǎn)的星系，甚至是宇宙大爆炸之后形成的很早期的恒星。所以它的科學(xué)目標(biāo)是觀測宇宙恒星和行星的形成過程，為研究宜居行星和生命的可能性提供更多線索等等。  韋伯望遠(yuǎn)鏡是目前最強大的觀測工具 近日，韋伯望遠(yuǎn)鏡觀測一些遙遠(yuǎn)的初代星系，這些初代星系的數(shù)量既豐富又成熟，與大爆炸理論預(yù)測的宇宙初期的星系情況顯著不同。 初代星系，顧名思義，就是最早的星系，它們誕生于宇宙大爆炸之后的幾億年內(nèi)。我們知道，宇宙大爆炸后，物質(zhì)開始聚集形成星系，但由于剛開始的時候，物質(zhì)非常稀疏，星系的形成進程相對較慢。 所以在我們通常的科學(xué)觀念中，初代星系的數(shù)量應(yīng)該相對較少，還未經(jīng)歷過太多的星際物質(zhì)積累，所以它們的進化程度應(yīng)該比較低。而且它們并不如后續(xù)星系那樣發(fā)展成熟。 然而，韋伯望遠(yuǎn)鏡的觀測告訴這些初代星系非但數(shù)量眾多，而且它們的演化過程非常完善和成熟，初代星系的成熟程度也給科學(xué)家?guī)砹撕艽蟮囊馔狻?/p>  初代星系概述圖 這意味著，在宇宙早期的某個時刻，初代星系已經(jīng)形成了大量的恒星，并且它們之間也發(fā)生了相互作用和融合。 這就好像是宇宙的版圖在那個時候就已經(jīng)基本確定，而后續(xù)的星系只是在這個基礎(chǔ)上進行了進一步的演化。它告訴我們，雖然大爆炸模型沒有錯，但我們對它的一些假設(shè)可能是錯的。 韋伯望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果告訴我們宇宙的發(fā)展充滿了無限的可能性。因此，無論是歷史還是科學(xué)，都充滿了的奇跡和驚喜。只要我們保持著好奇心和探索精神，就能不斷提高我們對世界的理解和認(rèn)識。 如今，我們正處于一個重要的轉(zhuǎn)折點。大爆炸是否真的發(fā)生過，依然是一個懸而未決的問題?？茖W(xué)家們將繼續(xù)努力，通過更深入的觀測和研究，尋找更多的證據(jù)來解開這個宇宙之謎。 無論結(jié)果如何，這些探索都將帶領(lǐng)我們更深入地了解宇宙的奧秘 宇宙需要我們進一步的探索 參考資料： 1. 費雷拉、萊昂納多等“恐慌!在圓盤上：在SMACS 3場中與JWST一起對z>0723處的星系結(jié)構(gòu)進行首次靜止幀光學(xué)觀測。arXiv預(yù)印本arXiv：2207.09428（2022） |
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