你知道宇宙是怎麼形成的嗎

“宇宙到底是怎樣形成的？”

這個問題現在人類還無法回答，也許永遠無法回答。

無法迴避的問題

當然，對於這樣一個三歲小孩都可能會問出的問題，作為有思想有智慧的人類，是無論如何也避不開的。因此，雖然這個問題沒有確切的答案，不過人們還是會給出各種的解釋。我前面說人類無法回答，但並不是沒有人回答，實際上現在關於宇宙來源有各種答案，包括宗教的，包括哲學思考的，當然也包括科學的。宗教和哲學思考我們可以不予參考，但你可能奇怪難道科學已經給出的答案也

不算回答

嗎？是的，不算。因為目前人類沒有可靠的基礎理論來支援回答宇宙起源的問題。

我們知道，

作為一個歷史事實，宇宙的誕生是無法重現的

，我們無法用實驗讓宇宙重新誕生一次，因此在科學上回答宇宙來源的問題我們只能透過理論推理。目前關於宇宙來源，唯一可靠的科學理論是根據宇宙膨脹提出的宇宙大爆炸理論。

理論的雛形

它最早在廣義相對論釋出初期就初見倪端，

愛因斯坦最先發現了自己的引力場方程預言了宇宙是動態的，它要麼在膨脹，要麼在收縮。

由於對靜態宇宙的堅信，愛因斯坦畫蛇添足地在已發表的引力場方程里加入了一個常數項，後來被稱為

宇宙常數

，用以抵消引力所產生的收縮效應。

到上世紀20年代初，前蘇聯數學家

弗裡德曼

求解

不含宇宙常數

的廣義相對論的引力場方程得到的一個解，顯示宇宙有可能是膨脹的，但他的結論並沒有得到重視，甚至無法在物理期刊發表（據說他所投的物理期刊的審稿人就是愛因斯坦）。稍後比利時天文學家

勒梅特

透過求解

包含宇宙常數

的引力場方程得到相同的結論，並預言了宇宙中的星系會隨著宇宙膨脹彼此遠離，甚至預言了星系遠離的速度與距離成正比（哈勃定律）。

由於勒梅特本身熟悉廣義相對論，他的證明論文寫得非常好，加上他師出名門（英國天文、物理學家愛丁頓的學生），論文成功發表在一個法國物理期刊上。不過由於當時科學界普遍受進化論引起的無神論思潮的影響，雖然勒梅特的數學證明相當漂亮，但並沒有多少人接受這一結論，包括相對論提出者愛因斯坦本人。因為勒梅特的膨脹宇宙模型指向宇宙有一個創生的時刻，這是當時很多科學家不能接受的，加上勒梅特本身曾為神職人員的身份，避不開借科學證明神創論的嫌疑。

膨脹的宇宙

不過在勒梅特論文發表後沒兩年，美國天文學家哈勃就透過天文觀測發現了勒梅特所預言的宇宙膨脹證據——星系遠離速度與距離的正比關係。當時哈勃利用標準燭光測量20多個遙遠星系的精確距離，然後利用多普勒效應根據星系光譜的紅移情況計算出各星系的視向速度（即視線方向上的速度），然後根據統計出的星系距離和紅移量，他發現距離我們越遠的星系遠離我們的速度越快，也就是所有的星系都在離我們而去，而且距離越遠，遠離的速度越快。從哈勃的觀測結果，科學家很容易就得出宇宙正在膨脹的結論，而這結果與勒梅特的預言相吻合。愛因斯坦在親自到美國看了哈勃的觀測記錄後決定將額外加進去的宇宙常數項從引力場方程中去掉。

熱大爆炸理論

上世紀40年代，美國的俄裔物理學家伽莫夫在弗裡德曼、勒梅特、哈勃等人工作的基礎上，提出

熱大爆炸模型

，並預言了熱大爆炸初期遺留下來的宇宙背景輻射，甚至根據理論準確預言了背景輻射頻率目前處於微波波段，約為5-10K的黑體譜（頻率由溫度決定的熱輻射連續光譜）。

60年代中，美國無線電工程師彭齊亞斯和威爾遜在除錯無線電天線時偶然接收到了熱大爆炸模型所預言的宇宙微波背景輻射，頻率與理論預言極其接近，目前精確測量結果約為2。72548 ±0。00057K。

至此根據科學理論（廣義相對論和量子力學）提出的宇宙來源理論——宇宙大爆炸理論被確立。

暴脹理論

但隨後對宇宙微波背景輻射的測量卻發現了問題，科學家發現無論往哪一個方向測量，背景輻射的溫度驚人地一致，如此均勻的溫度是怎麼產生的？要知道我們往北測量到的背景輻射和往南測量到的背景輻射在宇宙大爆炸後就沒有發生過熱交換，那它們之間是如何取得熱平衡的？直到80年代初，美國物理學家古斯等人提出了

暴脹模型

。該模型提出在宇宙大爆炸初期，宇宙均勻膨脹並取得了熱平衡，但在宇宙大爆炸後約10^-36秒，宇宙突然急劇暴脹了約2^100倍，急劇的空間膨脹抹平了所有的不均勻，產生一個平滑的宇宙，然後在宇宙大爆炸後約10^-33秒，暴脹停止，宇宙大爆炸（宇宙膨脹）繼續。

在之後的宇宙歷史中，宇宙中的物質在引力作用下聚集，形成了恆星和星系。暴脹結束後的宇宙膨脹也在背景輻射裡留下了微量的起伏（小於1/10^5）。

至此整個科學理論下的宇宙來源理論基本成型。

問題解答了嗎？

你可能想起來了，我在一開始不是說人類無法回答

宇宙怎樣形成

這個問題的嗎？沒錯，無法回答。上面說的宇宙大爆炸理論（包含暴脹理論）是根據兩個基礎理論建立——廣義相對論和量子力學。然而大家都知道這兩大基礎理論都有適用範圍，在兩者適用的邊界是無法協調的，也就是宇宙大爆炸賴以提出的兩大基礎理論是互不相容的。然而在宇宙大爆炸初期，即宇宙在量子尺度下，廣義相對論如何正確描述？而不單廣義相對論，在早期超高的能量狀態下，量子力學似乎也無法做出任何預言，因為目前物理學家對如此高的能量狀態下的物理規律一無所知。還有一點是，根據量子力學，我們即使假設量子力學在宇宙大爆炸開始時就成立，但我們能根據理論預言的也只能從宇宙誕生後10^-43秒（普朗克時間，量子力學裡時間的最小單位和觀測極限）開始，對之前則依然一無所知。

說了那麼多，我只想說，我們目前已知的物理理論，實際上還無法描述宇宙形成的完整過程。正如我們的物種起源理論無法完整描述生命如何產生一樣，但這不妨礙宇宙大爆炸理論作為我們目前解釋宇宙形成唯一可靠的理論。

我們也許永遠不知道真相，但隨著理論的發展，我們會越來越接近真相！這就夠了。