爱因斯坦的一生中,曾有过一个著名的失误。宇宙的起源与演化一直是人类探索的奥秘,从古至今,人们对于宇宙的形态和起源充满了好奇。随着科技的发展,人类对宇宙起源的理解逐渐清晰。

目前,普遍认为宇宙起源于大约138亿年前的一次大爆炸。1917年,爱因斯坦将广义相对论应用于宇宙整体,发表了《对宇宙学基于广义相对论的考察》一文,标志着物理宇宙学的诞生。基于广义相对论,宇宙被认为是动态的,这与当时普遍接受的静态宇宙观念不符,因此爱因斯坦在场方程中引入了一个宇宙常数来修正,使其回归静态。

然而,1922年,苏联宇宙学家亚历山大·弗里德曼利用广义相对论的引力场方程,推导出宇宙在大尺度上是均匀且各向同性的,且在这一方程组中,宇宙常数可以被消除。通过适当的状态方程,弗里德曼方程揭示了宇宙膨胀的结论。

1927年,比利时物理学家乔治·勒梅特在不了解弗里德曼工作的情况下,独立提出了宇宙起源于大爆炸的理论,并提出了“原生原子”的概念。这一理论基于爱因斯坦的广义相对论,并在求解场方程时进行了简化。

大爆炸理论认为,宇宙最初是一个点,然后逐渐膨胀开来。而“大爆炸”一词最早由英国天文学家弗雷德·霍伊尔提出,他是大爆炸理论的对立面——稳恒态理论的支持者。霍伊尔在1949年的一次BBC广播中使用了“大爆炸”一词,尽管有人认为这是讽刺,但霍伊尔本人否认了这一点。

随着时间的推移,大爆炸理论逐渐被接受,并被广泛认为是更准确的描述。从1924年开始,埃德温·哈勃在威尔逊山天文台使用250厘米的胡克望远镜,通过观测星系的红移,推断出星系与地球之间的距离。

1929年,哈勃的观测结果表明,所有遥远的星系都在远离我们,且距离越远,速度越快。爱因斯坦在得知这一发现后,承认引入宇宙常数是他一生中最大的错误。

1964年,阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在使用贝尔实验室的微波接收器进行测量时,意外发现了宇宙微波背景辐射。这一发现为大爆炸理论提供了有力的证据,微波背景辐射的观测结果显示它是各向同性的,且对应的黑体辐射温度为3K。彭齐亚斯和威尔逊因此获得了诺贝尔物理学奖。此外,对宇宙中轻元素的预测和验证,以及大尺度结构和星系演化的研究,都为大爆炸理论提供了强有力的支持,使其成为主流观点。

宇宙大爆炸理论指出,宇宙始于大爆炸,最初只有能量存在,这与古代哲学家的观点相呼应。古希腊哲学家柏拉图认为“从一发散”,而中国古代的《道德经》也提到“一生二,二生三,三生万物”,这里的“一”即指能量。随后,能量凝聚成基本粒子,宇宙的演化便开始了,从能量到基本粒子,再到原子、分子,进而形成无机界、生物界,直至人类的出现。

宇宙学作为天文学的一个分支,研究宇宙中物质的分布、运动、结构以及宇宙的起源和演化。历史上,稳恒态宇宙论曾占据主导地位,认为宇宙在时间上无始无终,在空间上无边无际。

然而,大爆炸理论否定了这种观点,认为宇宙起源于一次大爆炸,从一个奇点诞生,最初密度极大,温度极高,只有光子、电子、夸克等基本粒子存在。随着宇宙的膨胀和温度的下降,质子、中子等粒子形成,进而出现了原子和分子。经过数亿年的演化,星体形成,最终演化成现在的状态。目前,宇宙的温度大约为3K。


尽管大爆炸理论存在一些疑点,但越来越多的科学家认为这一理论具有较高的可信度。根据这一理论,宇宙在时间上具有起点,大爆炸的瞬间标志着时间的开始,也是时间的零点。在这个零点之前,谈论时间是没有意义的。因此,接受大爆炸理论意味着承认时间具有起点,时间的平移不变性不复存在。

 


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