纳米 宇宙17|为什么选择大爆炸,放弃稳恒态?微波背景辐射的秘密


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在说今天的内容之前 , 我们先讨一个问题 , 一个科学理论如何才能被称为是一个正确的科学理论?你想一下 。
首先它要包含旧的科学理论 , 或者是已经被观测证实的现象 。 比如开普勒的理论就包含了哥白尼的理论 , 那牛顿的理论就包含了开普勒的理论 , 爱因斯坦的理论又包含了牛顿的理论 , 可以看出旧理论和新理论之间的关系 , 就跟套娃是一样 。
第二 , 新理论需要解释旧理论无法解释的现象 , 例如开普勒的理论就描述了行星运动规律 , 牛顿的理论就解释了行星的轨道为什么是椭圆 , 为什么周期的平方和半长轴的立方成正比 。 爱因斯坦的理论就解释了水星近日点进动每世纪43角秒的误差 。 可以看出 , 新理论和旧理论之间的关系并不是简单、粗暴地推翻 , 而是不断地修正 。
第三 , 新理论需要提出可被证伪的预言 , 并且得到观测实证 。 比如 , 开普勒的三大定律出来以后 , 人们首次准确的预言了内行星的凌日现象 , 牛顿的理论所作出的预言就比较多了 , 当然爱因斯坦的更多 , 也更加神奇 。 这些预言都得到了证实 。
所以只要具备以上三条 , 我们就可以大胆地认为这个理论暂时性是正确的 , 没有问题 。 好 , 有了以上的共识 , 我们就说今天的内容 , 为什么人们选择了大爆炸 , 放弃了稳恒态 。
上节课我们说 , 大爆炸和稳恒态都包含了两个重要的观测事实 , 宇宙膨胀以及宇宙学原理 , 所以在很长时间内 , 人们无法分辨出两个理论谁对谁错 。
但好处是 , 两个理论对宇宙做出了不同的预言 , 第一个是对氦来源的分歧 , 大爆炸认为宇宙诞生的时候是从氢和氦开始的 , 而稳恒态认为所有的氦都是从恒星中产生的 。
但事实上 , 宇宙中的氦的含量非常高 , 虽然像太阳这样的恒星每秒就能产生5亿吨氦 , 但是就算是把宇宙中所有的恒星都加起来 , 也不足以解释宇宙中氦的含量 。
其次 , 如果氦真的只是从恒星中诞生的话 , 那氦的分布应该跟恒星的分布密切相关 , 但是观测事实表明 , 氦要比恒星分布得更加广泛 , 更加均匀 。 所以从氦的含量和分布就能看出 , 大爆炸理论关于核合成的预言更符合观测事实 。
第二个是对星系形成时间的分歧 , 大爆炸理论认为宇宙中的星系基本上是同一时间形成的 , 所以我们在银河系附近就找不到婴儿星系 , 但只要我们往远处看 , 就能看到婴儿星系了 。
而稳恒态理论认为 , 随着宇宙的膨胀 , 星系在不断地形成 , 所以我们应该能在银河系的附近找到婴儿星系 。
这个预测的分歧 , 在上世纪的60年代就有了结果 , 因为人们这时已经拥有了一种新型望远镜 , 射电望远镜 , 相比于光望远镜它更像是一台巨大的收音机 , 专门用来捕捉来自遥远宇宙的无线电波 , 并且把他们转化成可视图像 , 或者是声音 , 给人们提供了一种新型的观测手段 , 它可以看到光学望远镜看不到的景象 。
由于射电波的能量很低 , 所以射电望远镜的直径一般很大 , 能够达到几十米 , 上百米 。 而且我们还能将不同地方的射电望远镜连接在一起 , 组成一个数千米宽的虚拟射电望远镜 。
通过射电望远镜的观察 , 人们发现宇宙中很多的射电源距离地球很远 , 其中一个典型的例子就是类星体 , 意思就是看起来像恒星的一种天体 , 以前人们不知他们是啥 , 所以就给他先起了这样一个名字 。
现在我们知道 , 它就是婴儿星系 , 在它的中心有一个非常巨大 , 且正在大量吞噬物质的黑洞 , 所以在类星体的一侧都有一个物质喷流 , 我们发现他们距离我们至少30亿光年以上 , 从来没有银河系的附近找到过这样的天体 。

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