人類總是執(zhí)著于對事物起源的探索，人類如何誕生的？生命起源于什么？地球從哪兒來？太陽系如何形成的？一切問題最終的起點都歸咎于宇宙的起源。宇宙是我們目前能夠觸及到的“終極”，它是如何被創(chuàng)造的？怎樣成為我們今天所知的看似無限的地方？未來它會變成什么樣？宇宙起源似乎可以被看作是人類的終極命題。

這些問題沒有確切的答案，長久以來一直困擾著科學(xué)家們，并隨之產(chǎn)生了一些非常瘋狂和有趣的理論。最初，古代西方流行著“地心說”，把地球當作宇宙的中心；直到1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼發(fā)表《天體運行論》，提出正確理論“日心說”，捍衛(wèi)了真理與科學(xué)。

“日心說”

隨著研究的深入，人們對宇宙的了解也越來越多，不禁又產(chǎn)生了新的疑問：看似無限的宇宙究竟是如何產(chǎn)生的？穩(wěn)態(tài)理論認為，宇宙是在很近的過去被創(chuàng)生的，創(chuàng)造宇宙的東西已經(jīng)存在了很久的時間。

成為學(xué)界共識是“宇宙大爆炸理論”，大約138.2億年前，宇宙形成于一次大爆炸，如今幾乎所有物質(zhì)都從此次爆炸中產(chǎn)生，并且，宇宙還在高速膨脹，全部的河外星系都在離我們遠去。

宇宙大爆炸預(yù)想圖

近一個世紀以來，“宇宙大爆炸”一直被人們津津樂道，盡管它是學(xué)界接受度最高的理論，但它存在的疑點實在太多了。例如，有什么證據(jù)可以證明宇宙的爆炸？宇宙發(fā)生爆炸的原因是什么？宇宙“炸”出的所有物質(zhì)的原材料來自于哪兒？

宇宙源于大爆炸

根據(jù)“宇宙大爆炸理論”，一切開始于大約 138.2 億年前，因此,這也被認為是宇宙的年齡。那么，在這之前的宇宙是什么樣子的呢？我們似乎很難想象，因為在那之前，根本沒有形成物理定律，這代表著現(xiàn)存的所有物理定律都無法適用于當時的宇宙，畢竟如今對宇宙的研究依然是以地球上的普遍定律為基礎(chǔ)的。

1922年，美國著名天文學(xué)家愛德文·鮑威爾·哈勃觀測到了“紅移現(xiàn)象”，于是，有關(guān)宇宙膨脹的觀點逐漸形成。1929年，哈勃將“宇宙膨脹論”公布于世，他得出的結(jié)論是，宇宙正在高速膨脹，河外星系只會距離我們越來越遠。

紅移現(xiàn)象

“宇宙膨脹論”轟動一時，成為“宇宙大爆炸說”的前身。因為，基于宇宙的膨脹，人們認為宇宙會存在一個膨脹的起點。1927年，比利時宇宙學(xué)家勒梅特首次提出宇宙是由一個“原始原子”爆炸形成的。

1929年，哈勃根據(jù)“宇宙大爆炸論”指出距銀河系越遠的星系離開得越快，也就是我們常說的“哈勃定律”，這一定律成為支援“大爆炸論”的重要證據(jù)?？茖W(xué)家們從宇宙當前的膨脹狀態(tài)向前推論，它一定起源于一個無限密度和有限時間的單點，才會開始膨脹。美國物理學(xué)家伽莫夫接受了勒梅特的思想，經(jīng)過發(fā)展，于1948年正式提出了“宇宙大爆炸”的起源假說。

擁有上千億顆恒星的銀河系

微小而熱烈的起點

“宇宙大爆炸理論”認為，宇宙經(jīng)歷了一個由熱不斷冷卻的過程。宇宙在爆炸之前，只是發(fā)熱的、夾雜能量與微小顆粒的一個奇點，與我們現(xiàn)在看到的完全不一樣。隨著快速膨脹，奇點占據(jù)了更多的空間，最后終于在約138.2億年發(fā)生了一次大爆炸。

在最初的爆炸之后，宇宙開始慢慢冷卻。微小的顆粒聚集在一起，足以形成原子、分子，以及后來的簡單粒子，這些原始元素構(gòu)成了巨大的星云團，通過重力合并形成恒星。

星云團

第一批誕生的恒星創(chuàng)造了更多原子，導(dǎo)致更多的恒星誕生。與此同時，宇宙中的物質(zhì)碰撞聚集，漸漸產(chǎn)生了星系。隨著新恒星的誕生和舊恒星的死亡，小行星、彗星、行星和黑洞之類的東西也隨之出現(xiàn)了。

宇宙最早的時間階段，即大爆炸發(fā)生后持續(xù)的10^-43秒至10^-11秒被稱為普朗克時代，鑒于此時不存在我們所知的任何物理定律，因此，普朗克時代只是一個理論推測的數(shù)值，關(guān)于在這個最初的瞬間發(fā)生了什么，是存在很大爭議的。

在普朗克時代，所有的物質(zhì)都凝結(jié)在一個密度無限大、溫度極高的單一點上。在這一時期，人們認為引力的量子效應(yīng)主導(dǎo)了物理相互作用，沒有其他物理力量與引力具有同等強度。這個普朗克時間段從0點延伸到大約10-43秒，由于物質(zhì)的極端熱量和密度，宇宙的狀態(tài)是非常不穩(wěn)定的。

量子效應(yīng)

在它存在的前 10^-43 秒內(nèi)，宇宙非常緊湊，不到單個原子大小的 100 億分之一。人們認為，在如此高密度和高能量的狀態(tài)下，四種基本力——引力、電磁力和強弱核力合成一個單一的力。

緊接著，宇宙中的第一個粒子開始混合，并沉降到大致相同的溫度。然后，在難以想象的短短幾分之一秒內(nèi)，所有物質(zhì)和能量開始向外膨脹，但變化非常微小，僅是量子尺度上的波動，這可以解釋為什么宇宙的溫度和物質(zhì)分布如此均勻。

在這之后，宇宙也依然在持續(xù)膨脹，但速度放緩了不少，目前沒有人能夠解釋清楚推動宇宙膨脹的動力是什么。當宇宙誕生十億分之一秒時，宇宙已經(jīng)冷卻到足以讓四種基本力彼此分離的程度，基本粒子也就形成了。

宇宙膨脹

按質(zhì)量計算，氫占早期宇宙物質(zhì)的 75%，氦占 25%?？茖W(xué)觀察證實，氦的豐度是“大爆炸理論”的一個關(guān)鍵因素。早期宇宙中的輻射非常強烈，不知何故，一些多余的物質(zhì)幸存了下來，它們便是現(xiàn)在構(gòu)成行星、星系以及地球生命的物質(zhì)。

大爆炸后過去了約1.8 億年，宇宙中才出現(xiàn)一顆恒星，因為引力需要很長時間才能聚集氫云并將它們鍛造成恒星。隨著時間的流逝和物質(zhì)的冷卻，出現(xiàn)了更多種類的粒子，它們最終凝聚成我們現(xiàn)在宇宙的恒星和星系。

爆炸原材料從何而來

20世紀60年代，美國科學(xué)家彭齊亞斯和他的同事威爾遜建立了高靈敏度的號角式接收天線系統(tǒng)，用它測量銀暈氣體射電強度。但那時的衛(wèi)星通訊很不好，常常伴隨大量的噪音。為了消除背景噪聲，他們甚至專門去清除了天線上的鳥糞，但仍然無濟于事。

經(jīng)過進一步講究，二人認為這些噪音來自宇宙本身，是一種波長為7.35厘米的微波噪聲，相當于3K。宇宙微波背景輻射很好地解釋了宇宙早期遺留下來的熱輻射，是支持“宇宙大爆炸論”的有力證據(jù)，二人的發(fā)現(xiàn)讓他們獲得了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎。

宇宙微波背景輻射

那么，如果宇宙真的起源于一場大爆炸的話，那么造出如今所有物質(zhì)的爆炸的原材料又是從何而來呢？事實上，現(xiàn)今的天文學(xué)和物理學(xué)都無法解答這個問題，基本都只存在著一些猜測。劉慈欣的科幻小說《三體》中有一個“降維打擊”的概念，奇點的原材料會不會來自一個更高維度的宇宙呢？不過這也會把問題更加復(fù)雜化，比如更高維度的宇宙又是怎么來的。

科學(xué)家對于爆炸原材料的猜想大致有三種：

• 宇宙反向收縮到奇點

前文已經(jīng)提到，宇宙在大爆炸之后處于一個不斷膨脹的狀態(tài)，且至今的膨脹速度已經(jīng)超越了光速，但萬物都是存在限度的，因此，科學(xué)家推測，當宇宙向外膨脹到一定階段后，便會達到一個臨界值，超過臨界值后它就又會反向收縮。

宇宙收縮猜想

宇宙中的所有物質(zhì)都會漸漸被壓縮，最終被包裹在一個體積極小的點內(nèi)，即所謂的奇點，那么一切就又回到了最初開始的地方，物質(zhì)形態(tài)就是如此反復(fù)變幻的。

• 宇宙輪回：霍金點的存在

英國著名數(shù)學(xué)物理學(xué)家羅杰·彭羅斯提出了一種“共形循環(huán)宇宙論”，即宇宙在大爆炸前是上一個和現(xiàn)在宇宙物理定律相同的宇宙，現(xiàn)有宇宙在無限膨脹擴張后也就成為了下一個宇宙的起點。

神秘的宇宙

因為宇宙中的物質(zhì)不會是無中生有的，所以只有循環(huán)論能夠解釋這一問題，現(xiàn)有宇宙的爆炸原材料很可能來自于上一個宇宙的殘留物質(zhì)。新、舊宇宙在無縫對接的過程中不會丟失任何物質(zhì)，只會無限循環(huán)。

彭羅斯和牛津大學(xué)、華沙大學(xué)以及紐約海事學(xué)院的研究團隊一起對循環(huán)宇宙學(xué)進行更深入的研究，他們表示在宇宙微波背景中，發(fā)現(xiàn)了20個左右的霍金點，所謂的霍金點指的是上個宇宙的黑洞最后爆炸死亡時留下的印記。

黑洞重啟宇宙

最后還有一種可能性，那便是和宇宙中的黑洞有關(guān)。黑洞是一種“只出不進”的宇宙天體，可以吞噬一切，它很可能會起到重啟宇宙的作用。當宇宙走到盡頭時，所有的黑洞聚集在一起吞噬掉所有物質(zhì)，質(zhì)量大到令人無法想象。

黑洞

而黑洞也是會死亡的，它會變成一個白洞，釋放出所有被吞進去的物質(zhì)。白洞的屬性與黑洞完全相反，是只呼不吸的特殊天體。

對大爆炸理論新的質(zhì)疑

2014 年1月，一生致力于研究黑洞的英國著名物理學(xué)家斯蒂芬·威廉·霍金卻在其新論文中“語出驚人”，宣稱“黑洞并不存在”。而美國理論物理學(xué)家勞拉·梅爾西尼·霍頓在2014年9月也發(fā)表論文稱，她已經(jīng)用數(shù)學(xué)的方法證明了“黑洞不存在”的正確性。

在研究中，勞拉將萬有引力理論和量子力學(xué)理論相結(jié)合，得出了這個結(jié)論。她和霍金都覺得恒星死亡坍塌時，會釋放出一種輻射，并且星球自身大部分的質(zhì)量都流失掉了，這些死亡的星球所剩的密度無法滿足形成黑洞的條件。

恒星死亡

如果這一理論最終被證實，那么“大宇宙大爆炸理論”將被推翻，甚至所有基于現(xiàn)代物理的宇宙起源學(xué)說都將面臨一個顛覆性的挑戰(zhàn)。

結(jié)語

對于宇宙，人類的好奇心和探索欲望是無窮無盡的，但受制于科技水平的限制，我們在研究宇宙的道路上還有很長一段路要走。如今得出的所有結(jié)論，都是基于人類角度認知，存在不足之處很正常，畢竟與宇宙的年齡相比，人類認識宇宙的時間實在太短了。

浩瀚的宇宙

正因為人類對宇宙的觀察和認識有限，存在不足和無法解釋的地方，才能夠激勵人們的進步，在探索中將獲取的知識不斷改良與完善。相信在未來的某一天，我們終將會揭開宇宙的起源之謎。