「萬物起源傳說」宇宙的起源（一）：大爆炸

現代科學研究顯示，宇宙很可能起源於大約138.2億年前的一次“大爆炸”。但是在開始這個話題之前，我們先要提出一個問題，那就是：

一、為什麼要探尋宇宙的起源？

任何個體在自我意識誕生之後，都無法迴避這樣幾個問題：

我是誰？我在哪？從哪裡來？到何處去？

簡單進行推導：

我是誰？——人類——動物——生命——有機體——分子——原子——夸克——微觀世界

我在哪？——地球（直徑1.2萬千米）——太陽系（直徑0.003光年）——銀河系（直徑10萬光年）——本星系群（直徑1000萬光年）——室女座超星系團（直徑1.1億光年）——拉尼亞凱亞超星系團（跨度5.2億光年）——雙魚-鯨魚座超星系團複合體（跨度10億光年）——可觀測宇宙（跨度930億光年）——宏觀世界

從哪裡來？——人類從哪裡來？（人類起源）——生命從哪裡來？（生命起源）——地球從哪裡來？（地球起源）——宇宙從哪裡來？（宇宙起源）

到何處去？——人類和地球的命運如何？宇宙的最終命運如何？

由此可以得出四個結論：

1.我是由更小的東西組成的

2.我身處於巨大的存在之中

3.宏觀世界由微觀世界組成，而我是介於最大和最小之間的某種存在

4.要想知道我從哪裡來，將去何處， 離不開對於現有世界起源及發展規律的探索

二、如何去探尋宇宙的起源？

起源即真相，探尋起源，就像偵探破案一樣，一般離不開以下幾個要素：

1.案發現場。（目前可觀測的宇宙）

2.目擊證人/監控錄像。（這個可以有）

3.尋找各種物證。（宇宙學，地球和生命科學，人類史等研究）

4.排查嫌疑人。（這個真沒有）

從這個角度來看，科學家都有偵探潛質。

那麼，如何才能破獲這起史上最大的爆炸案呢？

1.根據觀察，提出猜想和假說。【時間線1】

2.各種數據的收集。【時間線1】

3.合理預測，並尋求實證。【時間線1】

4.真相還原，揭示大爆炸以及之後發生的事情

【時間線2】

三、宇宙起源傳說

【時間線1】： 對於宇宙認識的發展（觀察求證）

早在春秋時期（大約在 公元前 770年—公元前476年） ，中國儒學的創始人孔子在《 尚書·虞書·堯典》中，提出“天圓地方”的說法，表達了對於時間和空間最初思考的樸素宇宙觀。

公元前340年，希臘哲學家亞里士多德在他的《天論》一書中，對於地球是一個圓球而不是一塊平板這一信念提出了兩個有力的論證：一是月食發生時，地球在月亮的影子總是圓的；二是旅行者們注意到，南方地區觀察北極星要比北方看上去更低。

公元2世紀（公元90—186年），這一思想被羅馬—埃及天文學家

托勒密精製成一個完整的宇宙學模型，進而提出了“地心說”這一創造性的理論。這一理論由於符合人們的強烈直覺，並且被基督教會認為與《聖經》相一致，而在長達1500年的歲月中被普遍接受。

直到16世紀（公元1514年），波蘭天文學家哥白尼提出“日心說

”，認為太陽靜止地位於宇宙的中心，地球和其他行星圍繞著太陽運動。但由於教會勢力的壓制，這一理論只能匿名流傳。

又過了近1個世紀，德國天文學家開普勒（公元1517年-1630年）證明，行星的軌道是橢圓的（而不是“地心說”指出的正圓）；意大利學者伽利略（公元1564年-1642年）也通過發明的望遠鏡觀察到了木星的衛星（證明了存在不圍繞地球轉的天體），公元1609年，“地心說”才真正宣告死亡。

然而，開普勒所發現的橢圓軌道，雖然能夠很好地和觀測相符合，卻得不到較為合理的科學解釋。直到17世紀末（公元1687年），英國物理學家、數學家牛頓出版了《自然哲學的數學原理》這一著作，提出了後來廣為人知的“萬有引力”定律，才對於橢圓軌道的存在給出了合理的解釋。

直到此時，人們還普遍認為宇宙是永恆（穩定）不變（靜態）的，可是萬有引力的存在又要求星體之間應該相互吸引，不可能保持靜態。為了解決這一矛盾，科學家們想象是否存在某種“斥力”，來與引力相平衡。

其後的200多年裡，這一矛盾始終擺在科學家的面前未能解決。與此同時，一些哲學家（奧博斯、康德）對於宇宙在時間上是否存在開端、空間上是否有限的問題進行了深入的考察，然而由於這些思辨的結果（無論有限還是無限）對於當時可觀測到的事實均能進行同樣好的解釋，所以實際上對於事實（研究宇宙）而言並沒有任何實質上的進展。

19世紀，宇宙學家開發出了更可靠的手段來測量地球到附近恆星的距離，發現一些恆星位於我們所在的星系（銀河系）之外，擴大了我們對宇宙的空間認識。這一時期，德國一位玻璃製造者弗勞恩霍夫發明了分光鏡，將來自恆星的光分成不同的頻率，並發現了吸收線（由於不同元素可以吸收不同頻率光能，從而在光譜上出現相應的暗線），由此我們可以反推出恆星內部含有哪些元素。

19世紀末，美國亞利桑那天文臺的維斯托·斯里弗發現，在遙遠天體的光譜中，吸收線似乎偏離了它們預期的位置，根據多普勒效應，如果恆星相向我們移動（靠近），代表氫元素的吸收線在光譜上會向高頻率的藍端移動（藍移），如果恆星向背我們移動（遠離），代表氫元素的吸收線在光譜上會向低頻率的紅端移動（

紅移），甚至能夠計算出它們運動的速度有多快。

20世紀20年代， 美國天文學家 埃德溫·哈勃 對以上發現進行了綜合，並作出了一個里程碑式的觀測： 大多數遙遠天體似乎在發生 紅移 ，距離越遠，紅移越大，換言之： 天體似乎在以更快的速度遠離我們。 這證明宇宙並不是靜態（ 穩定 ）的存在，它正在“膨脹”。

1927年，比利時天文學家喬治·勒梅特提出，假如宇宙正在“擴張”，那麼它過去肯定比現在要小得多，在某個遙遠的時刻，宇宙的所有一切都被壓縮在原子大小的一個空間之中。由於這一猜想太過於瘋狂，英國天文學家費雷德·霍伊爾1950年在一次電臺採訪中諷刺性地使用了“大爆炸”這一術語來描述宇宙擴張的觀點，而更具諷刺性的是，這一觀點後來被證實了。

20世紀40年代，為建造核武器而進行的研究，使得人類對基本粒子的本質有了進一步的認識，科學家通過大型強子對撞機（LHC）來模擬宇宙誕生第一秒時的情景。 1948年， 美國核物理學家、宇宙學家喬治·伽莫夫與他的兩個 學生 拉爾夫·阿爾菲 和 羅伯特·赫爾曼 一道，將相對論引入宇宙學，提出了熱大爆炸宇宙學模型。 並 預言：早期大爆炸的輻射（宇宙微波背景輻射）仍然存在我們周圍，不過由於宇宙膨脹引起的紅移，其絕對溫度只剩下幾度，在這種溫度下，輻射處於微波的波段 。

此後的近20年間， 宇宙穩態理論 依舊佔據主導，並且在不斷試圖進行自我完善， 大爆炸理論 僅僅是一種有趣的假說，這兩種理論都宣稱對 紅移 進行了解釋，那麼究竟哪一種才是正確的？

1964年，答案突然出現了。美國無線電工程師

阿諾·彭齊亞斯 和 羅伯特·威爾遜 在為衛星傳輸建造一種超敏感接收器的過程中， 偶然中發現了一種微小的、持續存在的、均勻的背景噪音，它的能量級相當於零下270攝氏度，似乎來自於四面八方，根本無法清除。最終，他們意識到了這種微弱卻無所不在的信號正是大爆炸理論中所預言的殘留輻射，它被稱為 宇宙微波背景輻射（ CBR）。

至此， 大爆炸宇宙學 終於奠定了基礎，並在隨後取得了更多的有力證據。其中比較重要，且容易理解的有以下三種：

1.天文學家通過測量恆星的溫度、化學成分和質量來估算恆星的年齡，發現沒有哪顆恆星比130億年更古老（2009年，美國發射的普朗克衛星傳回的數據證明，宇宙大約形成於138.2億年前），這種年齡分佈符合大爆炸宇宙學的預期；

2.通過強大的現代望遠鏡，可以觀察到遙遠天體發出的光線，受到光速和距離的影響，實際上觀測到的是幾十億年之前的景象，這些景象表明了遠古的宇宙非常擁擠，與現在完全不同；

3.大爆炸理論推測，宇宙在最初幾秒冷卻時，短暫的時間只允許最簡單的化學元素的原子核形成，因此大部分宇宙應該由氫原子和氦原子構成。由於地球表面的氫原子和氦原子比較罕見，這個推測令人出乎意料。然而當天文學家使用光譜儀觀測恆星內部和恆星之間的空間存在何種元素時，發現宇宙中75%的原子物質由氫原子組成，剩下的大部分由氦原子組成，再一次證實了大爆炸宇宙學的推測。

【時間線2】 ：對宇宙起源的描述（真相還原）

t=0 大約138億年之前，某種事物出現了，它似乎開始創造空間、時間、物質和能量。在不會比一個原子更大的空間中包含著今天宇宙中所有的一切，因此它的溫度不可思議的高，以至於物質和能量之間可以相互轉化，像一碗滾燙的熱湯。

t=1/1027 秒 早期宇宙極速擴張，由原子大小變為與今天銀河系的大小相當。當它膨脹的時候，就會迅速冷卻下來，熱湯開始分化為不同的力和不同的物質（科學家們稱之為“相變”）。

t≤1秒 由於膨脹使溫度降低，作為相變的結果，四種基本的能量形式得以出現，它們是：引力、電磁力、強核力和弱核力。物質的基本成分也開始出現，主要包括原子物質（即我們由以構成的物質）和暗物質（目前並不瞭解，但理論推測存在）。

t≤20分鐘 物質和能量開始呈現出更穩定的形式。質子出現，大約25%的質子發生核聚變，並與中子結合成氦原子核，極少數質子聚變成鋰原子核。由於劇烈的膨脹導致宇宙冷卻速度太快，無法發生更多的聚變，物質以一種等離子的形式存在。

t≈38萬年 當宇宙溫度冷卻到接近太陽表面溫度的時候，出現了一種重要的新 變相： 光子 開始喪失能量，亞原子粒子的活動不再猛烈，質子和電子在一個臨界溫度中結合成為電中性的原子，整個宇宙似乎一下子喪失了電荷，光子脫離物質開始自由運動。這一剎那，出現了一種巨大的能量閃爍，其殘留物如今被人類所察覺，即

宇宙微波背景輻射（ CBR）。

t≈7億年 在漫長的“爆炸”過程中，原子在空間的散步並不均勻。引力開始發揮作用，在某些區域，引力將大量的氫原子和氦原子吸引到一起，形成巨大的團簇，而區域之間則留下了大量的空間，幾乎沒有任何物質。在物質密集的區域中，最初的星系和恆星開始出現了。

t≈20億年 在過去的13億年中，誕生了無數的恆星和星系，此後再也沒有新的星系出現，當時的宇宙，大小大約只有現在的6%左右，這些已經出現的星系一直存在直到現在（銀河系即誕生於這一時期，距今大約 122±8億年左右）。 【 本節完 】

下期預告：【萬物起源傳說】宇宙的起源（二）：星系和恆星 敬請期待！！！