任何宇宙演化理论的目的,都是试图寻找尽可能简洁的宇宙诞生时的初始条件。当我们将已知的相互作用力置于这些初始条件之上时,世界上一切复杂现象就可以统统冒出来。每当牵涉到宇宙的话题时,我们的第一反应总是觉得好神奇,但又觉得离我们好遥远。其实,我们跟宇宙之间有着千丝万缕的联系,只是你没注意到而已。
我们的身体是由原子组成的,而许多原子,比如你骨头中的钙和血液中的铁,它们都是在数十亿年前爆炸恒星的中心孕育出来的。如果没有恒星的迭代更换,就不会有构筑生命的必要元素。当电视没有节目的时候,我们会看到满屏的“雪花”,同时听到咝咝咝的声音,这其中有一小部分比例是来自宇宙大爆炸的余晖——微波背景辐射,也就是说你“看到”和“听到”了宇宙大爆炸的证据。
在20世纪早期,哈勃和赫马森发现了其它的星系正在远离银河系。之后更多的证据指出每个星系都在相互远离,意味着整个宇宙都是在膨胀的。如果是这样,那么在过去,宇宙应该更小、更热以及更致密。这个简单的描述也就是宇宙大爆炸模型,在过去的几十年内该理论与天文观测都相当符合,于是在众多宇宙模型中脱颖而出,被科学家接受。1923年,乔治•勒梅特被任命为天主教牧师。除了拥有宗教信仰,他还专注于科学。
1923年10月到1924年7月,勒梅特在剑桥做爱丁顿的研究生。梅勒特在剑桥交流的时间把精力投入到了学习广义相对论中。1927年,关于爱因斯坦理论预言的简单宇宙,勒梅特做出了最透彻的研究工作。当时他发表了一篇重要的论文,第一次把爱因斯坦方程组的膨胀宇宙解及其物理解释,同遥远星光由于多普勒效应而产生红移的计算结合了起来。
1933年4月勒梅特在卡皮查俱乐部作了一次演讲,题目为“起源的假设”,他的宇宙观点是,宇宙是在一次“大爆炸”中,由爆炸的放射性超级原子演变而来的。1948年以后,对大爆炸模型的关注才逐渐多了起来。“大爆炸”这个名字其实是另一个天文学家霍伊尔1949年一次做客BBC讲宇宙学提出的,他是大爆炸理论的反对者。他提出这个名字瞬间就引起了注意,并一直沿用到了现在。
宇宙并没有中心,也没有边缘,它的每一个部分都在膨胀。这意味着,如果我们把时间往回拨,我们就可以知道万物是在什么时候开始诞生的,那就是138亿年以前。但是,当我们知道宇宙有一个开始的时候,我们很难不去想象它是从某个特殊的点开始的。而结论却是反直觉的:宇宙并不是从一个点开始的,而是在各处同时发生的。“大爆炸”理论通常指的是宇宙的膨胀以及早期炽热的宇宙。
但是,有时候科学家甚至用它来描述当万物都被集中在一个点的那个时刻,那一刻被称为初始奇点。问题是我们并没有观测或理论来描述初始奇点。初始奇点是我们所观测的宇宙的开端,但或许在这之前还有别的事情发生。1948年,伽莫夫证明宇宙的膨胀进行了大约100秒时,质子和种子就开始相互结合形成氘核。之后阿尔珀和赫尔曼发展了该想法,并计算了宇宙的温度和密度随时间变化的规律。
他们证明,如果宇宙膨胀的过程是各项同性而均匀的,那么从起初的炽热状态开始,用物质密度除以辐射温度的立方,得到的比始终是个常数。通过计算,他们推导出如今的宇宙应该存在高温辐射遗留下的痕迹,温度为5开尔文左右。这是历史上最重要的科学预言之一。1965年,彭齐亚斯和威尔逊,两个顶级无线电工程师,发现了来自宇宙大爆炸的辐射痕迹——微波背景辐射。
正是宇宙微波背景辐射的发现,使大爆炸理论成为了描述宇宙最好的理论,也为霍伊尔提出的恒稳态宇宙理论敲响了丧钟。大爆炸理论是现代宇宙学的基石,但是这并不是全部的故事。科学家不断地在提出各种不同的模型来解释越来越多的无法理解的天文现象。例如,大爆炸理论并没有解释暗物质和暗能量,而这两者却占据了宇宙总能量和质量的~95%。我们对宇宙的观点,跟宇宙自身一样,随着越来越多的新发现也在不断地演化。