當宇宙學(xué)假設(shè)成了 “萬能補丁”：大爆炸理論還能撐多久？

2021年底發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，正把人類的視線推向130多億年前的宇宙。

按大爆炸理論的劇本，那時該是星系萌芽的“宇宙童年”，但望遠鏡傳回的圖像卻讓人撓頭，那些遙遠星系不僅存在，還已發(fā)育得相當成熟。

這事就像在考古時發(fā)現(xiàn)公元前的青銅器上刻著現(xiàn)代微積分公式，直接戳中了現(xiàn)有宇宙學(xué)模型的痛處。

膨脹宇宙的百年拼圖

1929年，美國天文學(xué)家哈勃盯著望遠鏡數(shù)據(jù)犯了嘀咕：遠處的星系都在飛速遠離地球，而且越遠跑得越快。

這一發(fā)現(xiàn)顛覆了當時的認知，宇宙不是靜態(tài)的，而是在膨脹。

就像往面包里撒葡萄干，烤箱加熱后面包膨脹，葡萄干自然彼此遠離。

比利時學(xué)者勒梅特，早幾年就從愛因斯坦的方程里算出了膨脹解，可連愛因斯坦自己都覺得“這模型太離譜”，還特意在方程里加了個“宇宙常數(shù)”來維持靜態(tài)宇宙的設(shè)想。

直到哈勃的觀測證據(jù)砸在面前，他才無奈承認：“我犯了這輩子最大的物理學(xué)錯誤。”

這場“膨脹宇宙”的認知，最終催生了大爆炸理論的核心構(gòu)想，既然宇宙在膨脹，那倒推回去，它必然曾是個體積極小、密度極高的奇點。

1949年，英國天文學(xué)家霍伊爾在廣播節(jié)目里調(diào)侃地稱其為“大爆炸”，這名字就這么歪打正著地傳開了。

1964年，兩位工程師偶然發(fā)現(xiàn)的宇宙微波背景輻射（CMB），更被視作大爆炸留下的“余溫”，成了理論最堅實的證據(jù)之一。

但這套理論并非天衣無縫，按宇宙學(xué)原理，早期宇宙該是均勻分布的“粒子湯”，可均勻的物質(zhì)怎么聚集成星系？就像把糖撒進咖啡里，若沒有攪拌，糖粒很難自己聚成塊。

科學(xué)家只好假設(shè)早期宇宙存在“密度擾動”，像撒在湯里的鹽粒，成為星系形成的種子。

更棘手的是“精細調(diào)節(jié)”問題，宇宙膨脹速率若比當前值偏差百億億分之一，要么膨脹太快物質(zhì)來不及聚集，要么塌縮成黑洞，根本不會有恒星和生命。

這種“恰到好處”讓不少人懷疑：難道宇宙參數(shù)是被“設(shè)計”好的？

更讓人頭疼的是“失蹤的宇宙”，算上所有能看見的恒星、星系，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它們只占宇宙臨界密度的5%左右。

1933年，瑞士天文學(xué)家茲威基就發(fā)現(xiàn)星系團的運動速度快得離譜，必須存在看不見的“暗物質(zhì)”才能解釋引力。

可找了近百年，暗物質(zhì)的真身還是個謎。

1998年，超新星觀測又扔出重磅炸彈，宇宙膨脹竟然在加速！為了解釋這反常識的現(xiàn)象，愛因斯坦當年拋棄的“宇宙常數(shù)”被重新請回，化身成占宇宙70%的“暗能量”。

但暗能量究竟是什么？說實話，科學(xué)界至今搞不清，只能自嘲這是“用未知解釋未知”。

哈勃常數(shù)的世紀之爭

測量宇宙膨脹的速率（哈勃常數(shù)），本該是驗證理論的關(guān)鍵。

但近年來，“早期宇宙”和“晚期宇宙”的測量結(jié)果卻鬧起了別扭。

用CMB數(shù)據(jù)算出的膨脹速率，比用超新星、造父變星等“標準燭光”測出的值低了約10%。

這就像拼一幅千年古畫，用畫的左半部分推測整幅畫的尺寸，和右半部分的實測結(jié)果對不上號。

有人猜測暗能量可能隨時間變化，甚至懷疑暴脹理論需要修正。

2023年的一項研究暗示，愛因斯坦的宇宙常數(shù)或許并非恒定，這給本就混亂的局面又添了把火。

韋伯望遠鏡的觀測結(jié)果，更是讓理論面臨考驗。

按現(xiàn)有模型，大爆炸后約5億年才該出現(xiàn)第一批恒星，但望遠鏡卻拍到了132億年前（大爆炸后約5億年）就已成型的星系團。

這些“早熟”的星系就像突然出現(xiàn)在幼兒園畢業(yè)典禮上的大學(xué)生，完全超出了理論預(yù)期。

有科學(xué)家坦言：“要么是我們對星系形成的物理過程理解錯了，要么就是大爆炸模型需要動大手術(shù)。”

當“假設(shè)”成為理論支柱

如今的大爆炸理論，就像一座用幾根“假設(shè)支柱”撐起的大廈：宇宙暴脹解釋了密度擾動，暗物質(zhì)填補了引力缺失，暗能量驅(qū)動著加速膨脹。

但這三大支柱都缺乏直接證據(jù)，2004年，一群科學(xué)家在《新科學(xué)家》上公開質(zhì)疑：“在其他物理領(lǐng)域，這種不斷用新假設(shè)填補漏洞的做法，早該被質(zhì)疑理論的有效性了。

”這話雖尖銳，卻點中了要害，如果用“無法定義的神秘力量”來解釋宇宙，和古人用“神靈意志”解釋自然現(xiàn)象又有何本質(zhì)區(qū)別？

必須承認，大爆炸理論仍是目前解釋宇宙起源最成功的模型，它預(yù)言了CMB、元素豐度等關(guān)鍵現(xiàn)象。

但歷史多次提醒我們：牛頓力學(xué)曾被視為終極真理，最終卻被相對論和量子力學(xué)改寫；“以太”理論曾風(fēng)靡一時，最終被證明子虛烏有。

面對韋伯望遠鏡揭示的新謎題，或許我們該像愛因斯坦說的那樣保持謙卑：“理論的真理永遠無法被證明，因為未來的觀測可能隨時顛覆它。”

宇宙的真相，或許就藏在這些理論的裂縫里。

當我們用更精密的儀器窺探深空，用更智慧的頭腦重構(gòu)模型時，下一個顛覆認知的發(fā)現(xiàn)，可能就在下一次觀測數(shù)據(jù)里。

而這，正是科學(xué)最迷人的地方，在不斷推翻與重建中，逼近宇宙的終極答案。

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