宇宙的创生与演化

当你在月明星稀的夜晚，面对浩瀚的苍穹，会产生无限的遐想，宇宙是有限的还是无限的？宇宙的几何形状又是如何的呢？⋯⋯等等一系列问题。这些都是宇宙学所要研究的问题。要回答这些问题，必须从宇宙的创生与演化谈起。

那么，宇宙又是如何创生与演化的呢？对于这个问题天体物理学家们提出了种种猜想。如“超实粒子”宇宙模型、“振荡”宇宙模型、“稳恒” 宇宙模型⋯⋯等等。这些描述宇宙的创生与演化图象的宇宙模型是不是正确呢？随着天体物理学的发展，特别是射电天文学的发展表明，这些宇宙模型与观测结果不符，因此，它们都不能很好地描述宇宙的演化图象。

射电天文学对宇宙学最杰出的贡献是在 1965 年做出的。当时，美国的贝尔实验室在试验极其灵敏的新的天线接收装置时，在 7cm 的波段上发现了完全新型的太空射电辐射，它的强度在各个方向上都一样。新发现的“各向同性”射电辐射的光谱和强度相当于加热到约 3K 温度的黑体。很快人们就对这种神秘的充满整个宇宙的 3K 辐射做出了解释。早在 1948 年，著名的物理学家伽莫夫就曾经提出了一个开始时非常炽热并不断膨胀的宇宙理论（即所谓“大爆炸”宇宙模型）。该理论指出，在宇宙演化早期，既没有恒星，也没有星系，甚至没有重元素。当这一炽热的火球膨胀时，它的温度会很快地下降。最后，当气体温度降至 4000℃时，氢不再处于电离状态，此后充满宇宙的辐射就与物质脱离。计算表明，随着宇宙的膨胀，宇宙的温度将与宇宙的尺度成反比减小。由于辐射与物质脱离以后宇宙本身的尺寸增大了一千倍以上，故现在充满宇宙的温度应为 3K 左右。贝尔实验室发现的正是这种辐射。按大爆炸学说，当宇宙的尺寸增大几十倍以后， 气体温度就降至 5K 以下，原先几乎均匀的气体介质分成各单独的团块。这些原始的团块通过进一步的分块形成很多较小的团块。这些团块都有一定的质量和转矩。随着时间的推移，这些团块就演化为现在的星系。宇宙的膨胀就是这些星系的分散。宇宙的“大爆炸”学说很好地解释了宇宙的 3K 微波背景辐射和哈勃发现的星系“飞散”现象。因此，大爆炸宇宙模型描述的宇宙的创生与演化的图象得到了大部分天体物理学家的公认。顺便指出，大爆炸宇宙论虽然取得了辉煌的成就，但它所提出的问题远比它所解决的问题多得多。正是因为这样，现代宇宙论将继续作为自然科学中的一个重要前沿吸引着越来越多的人的兴趣。