韦伯看到宇宙最深处,发现“大爆炸”似乎没有发生!天文学家:恐慌!
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随着史上最强大的太空望远镜詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)投入观测以来 , 天文学家都在殷切期待新的观测结果 。 这架太空望远镜远在距离地球150万公里的太空中 , 它可以排除地球大气干扰 , 直接窥探到宇宙的最深处 。
虽然光速很快 , 但还是有限的 , 如果在距离上能够看得更远 , 就能在时间上回溯得更加久远 。 天文学家寄希望于韦伯太空望远镜能够看到宇宙的最深处 , 接收到宇宙发出的第一批星光 , 从而研究宇宙最初是怎样的 。
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在对韦伯最新的观测数据进行分析后 , 结果完全出乎天文学家的意料 , 138亿年前的宇宙大爆炸似乎没有发生!预印文本《arXiv》刊载了一项新研究论文[1] , 标题开头甚至写了“恐慌!(Panic!)” 。
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天文学家AllisonKirkpatrick更是直呼:“现在我发现自己凌晨三点醒着躺在床上 , 想知道我做的一切是否都是错的 。 ”
那么 , 韦伯究竟看到了什么?为什么天文学家会有这样的反应?
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过去 , 天文学家普遍认为宇宙是静态的 , 存在了无限漫长的时间 。 百年前 , 爱因斯坦在创立广义相对论后 , 用引力场方程来描述宇宙 , 结果发现宇宙并不稳定 , 所以他在方程中引入了宇宙学常数 , 以此来描绘一个静态的宇宙 。
但在广义相对论诞生十多年之后 , 天文学家埃德温·哈勃却有了令人匪夷所思的发现 。 哈勃观测到 , 宇宙中的星系大都表现出红移 , 而且距离越远的星系 , 红移效应越显著 , 两者呈正相关 。
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根据多普勒效应 , 光谱出现红移 , 这意味着星系在远离银河系 , 导致光的波长被拉长 。 而且红移值越大 , 意味着星系远离的速度也越快 。 于是 , 哈勃就得到了著名的哈勃定律:
v=H0·D
其中v是星系的退行速度 , H0为哈勃常数 , D为星系的距离 。
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哈勃定律的发现 , 意味着宇宙不可能是静态的 , 所以爱因斯坦很快就认识到自己错了 , 去掉了引力场方程中的宇宙学常数 。 只有宇宙膨胀能够解释哈勃定律 , 整个宇宙空间结构在不断扩张 , 迫使分布于空间中的星系互相远离 。
既然空间随着时间的推移而不断膨胀 , 那么 , 过去的宇宙无疑比现在小 。 倘若把时间回溯到遥远过去的某个时刻 , 推测是距今138亿年前 , 宇宙是无限小的状态 , 那么 , 这个“宇宙奇点”可以认为就是宇宙的时间和空间的起源 。
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一开始 , 宇宙中所有的物质和能量都集中在奇点 , 然后宇宙从大爆炸中诞生 , 这就是宇宙大爆炸理论 。 根据这一理论 , 宇宙最初三分钟 , 合成了比例为3:1的氢和氦 , 其他元素几乎没有 。
随着宇宙的不断膨胀冷却 , 氢和氦聚集形成气体云 , 它们在引力的作用下 , 最终坍缩成恒星、星系 。 在恒星的核聚变和超新星爆发、中子星碰撞等过程中 , 逐渐合成了包括碳、氧、氮、硅、铁、金等更重的元素 , 生命的诞生才有了元素基础 。
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