奇（ji）點還是奇（qi）點，爆炸還是膨脹？宇宙大爆炸（The Big Bang）的概念似乎深入人心卻又撲朔迷離。許多人眼中，宇宙大爆炸是整個(ge) 宇宙被擠在一個(ge) 無窮小的點上，然後發生了爆炸，構成宇宙的所有物質被送入太空中。然而天文學家卻會(hui) 告訴你，這一切或許都不是那樣的。

你以為(wei) 的大爆炸 & 實際上的大爆炸. jpg

01/從(cong) 爆炸開始的歧義(yi)

宇宙大爆炸——從(cong) 這個(ge) 定義(yi) 名稱開始，歧義(yi) 就已經在產(chan) 生了，因為(wei) 大爆炸（Big Bang）這個(ge) 詞本身看起來就像是一場爆炸，但這種描述實際上並不準確。

20世紀20年代早期，數學家亞(ya) 曆山大·弗裏德曼（Alexander Friedmann）發現愛因斯坦的廣義(yi) 相對論提供了一個(ge) 不斷膨脹的宇宙。比利時牧師（兼天文學家）喬(qiao) 治·勒梅特（Georges Lemaître）也得出了同樣的結論。不久之後，愛德文·哈勃（Edwin Hubble）證明了星係實際上是在移離。幾乎所有星係（除了本地星係群）都在遠離我們(men) ，它們(men) 發出的光因此發生紅移，而且，星係從(cong) 我們(men) 身邊遠離的速度越來越快。

多普勒效應使得那些遠離我們(men) 的物體(ti) 看起來更紅，而靠近的物體(ti) 則顯得更藍

總有一天，幾乎所有我們(men) 現在能用望遠鏡觀測到的星係都將消失在視野之外。最終，星星都會(hui) 熄滅在視野之外，而觀測者們(men) 望向的將是一片永遠黑暗而孤獨的夜空。

幸運的是，這是一個(ge) 非常漫長的階段。

當然我們(men) 也可以用相反的方式來看待這件事：這些星係正在彼此分離，意味著它們(men) 以前也曾相聚。如果我們(men) 把時間倒帶，整個(ge) 可觀測宇宙中的所有東(dong) 西都能放在一個(ge) 非常非常小的區域中——這就是廣義(yi) 上的奇點。倒帶終了時，我們(men) 就來到了宇宙大爆炸的時間點。

發生什麽(me) 事了？.jpg

人們(men) 很容易認為(wei) 宇宙大爆炸是一場爆炸，宇宙中的物質被拋出，就像手榴彈爆炸迸裂而出的彈片一般。但實際上，對於(yu) 大爆炸來說，並不是物質被彈射出去，而是宇宙本身在膨脹，是空間本身在膨脹。物質就像是畫在氣球上的花紋一般被抻開，花紋與(yu) 花紋之間距離越來越遠。或者像是一團正在烘烤的葡萄幹麵包，物質就是其中的葡萄幹，而空間就是麵包坯，伴隨著烘烤進行麵包不斷漲大，葡萄幹相互之間也越來越遠。

有朝一日也會(hui) 有看科普也能看餓了的一天

2/ 並不存在的宇宙邊界

可觀測宇宙的半徑尺度約為(wei) 465億(yi) 光年，但這並不意味著那裏就是宇宙的盡頭。

不同於(yu) 葡萄幹麵包，宇宙不會(hui) 膨脹成任何東(dong) 西，也極少有科學家相信宇宙邊緣的存在，所謂的可觀測宇宙就像一個(ge) 半徑465億(yi) 光年的氣泡，以我們(men) 為(wei) 中心包裹著這片空間。當然這個(ge) 氣泡實際並不存在，如果另外的星係存在另一個(ge) 文明，那麽(me) 他們(men) 的可觀測宇宙就將是以他們(men) 為(wei) 中心的氣泡。

我們(men) 看到的東(dong) 西越遙遠，它發出的光的時間就越久遠。自宇宙大爆炸以來已經近140億(yi) 年，因此我們(men) 無法觀測或測量比光在這段時間內(nei) 向我們(men) 傳(chuan) 播的距離更遠的任何物體(ti) （465億(yi) 光年涵蓋了宇宙在這段時間內(nei) 膨脹的部分）。由於(yu) 宇宙一直在膨脹，可見的宇宙實際上還將繼續變大。但科學家們(men) 計算出，氣泡之外的宇宙要比可觀測宇宙大得多，也許是無限的。

我們(men) 時常提到宇宙時空是“平坦的”，這說明它的曲率在大的尺度上而言為(wei) 0，盡管在小尺度上會(hui) 有一些彎曲。但如果你想去宇宙的盡頭旅行，那麽(me) 你將永遠無法到達，因為(wei) 不斷膨脹的宇宙向外無限延伸。

唯有不存在的空間盡頭的境界線上平行線才得以相交

3/ 宇宙大爆炸的中心

如果我們(men) 把宇宙大爆炸想象成一個(ge) 真的爆炸，或許很容易認為(wei) 它是從(cong) 中心向外炸裂開來的，這是傳(chuan) 統爆炸的物理模型。

但宇宙大爆炸的情況並非如此——幾乎所有的星係都在往各個(ge) 方向遠離我們(men) ，似乎地球是宇宙起源的中心，但它並非如此。所有其他的觀測者都能從(cong) 他們(men) 所在的星係看到同樣的情況，無論你身在銀河係，還是仙女星係，亦或是身處更遙遠的外太空，你看到的宇宙都將是以自己為(wei) 中心向外膨脹。

宇宙在同時向各個(ge) 方向膨脹，因此宇宙大爆炸也不存在所謂的中心，它沒有發生在任何確定的位置。從(cong) 這裏我們(men) 也就可以推斷出，所謂的奇點，實際上也並不存在。

的確，在宇宙大爆炸開始時，我們(men) 的整個(ge) 可觀測宇宙都非常緊密地壓縮在一片狹小的空間裏。但是宇宙怎麽(me) 可能既是無限的，同時又是狹小的呢?

或許在一些科普文章中，你可能會(hui) 讀到宇宙一開始比原子還小，後來又有足球那麽(me) 大，最後像個(ge) 氣球一樣不斷漲大。但是這個(ge) 類比暗示了空間從(cong) 一開始就有邊界和邊緣，顯然這是錯誤的。沒有任何證據能說明宇宙在大爆炸時不是無限的，有限的隻是我們(men) 卑微的可觀測宇宙，它在當時或許隻有一個(ge) 點，然而現在已經膨脹到了半徑為(wei) 465億(yi) 光年的大小。

爆炸和宇宙膨脹和發展的圖解 / NASA / WMAP Science Team）

當某個(ge) 人在說宇宙在特定時間有多大時，他指的隻能是可觀測宇宙。而整個(ge) 可觀測宇宙都來自於(yu) 一個(ge) 你可以稱之為(wei) 奇點的小區域。但是在大爆炸的同時，我們(men) 的奇點旁邊緊挨著的一點也被抻開了，更遠處的下一個(ge) 點也一樣。隻是這些點距離我們(men) 實在是太遠了，它們(men) 構成的宇宙在我們(men) 的觀測範圍之外。這或許就是科學家們(men) 所說的多重宇宙。所以盡管它們(men) 很可能存在，但是我們(men) 沒有辦法探測到它們(men) 。

可觀測宇宙藝術圖，中心為(wei) 我們(men) 的太陽係

但根據理論推演，今天的宇宙比昨天稍大一些，它比一百萬(wan) 年前還要更大一點。宇宙大爆炸就是把這一現象倒推到了最開始，宇宙會(hui) 變得越來越小，越來越密，越來越熱。最後你會(hui) 發現它變得無窮小，溫度無窮高，而且密度無窮大。這實際上就是大爆炸理論——宇宙就是在這樣的條件下開始的，這裏就是你不得不停止倒帶的地方。

在這個(ge) 點，沒有任何物理理論可以來描述它，這並不自然，因此物理學家或許需要一個(ge) 不同的理論，有人也正在對此進行研究。這是一個(ge) 需要結合引力和量子理論的領域，目前還沒有人能夠構想出它。

所以在這個(ge) 宇宙曆史上最早的時刻發生了什麽(me) ，至少到目前為(wei) 止，我們(men) 仍然不知道。

編輯 / 紫曉 懷塵

來源：中國國家天文

編輯：槿知


關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情