【未解之謎】韋伯新發現 挑戰宇宙起源?!

終於看到了!NASA韋伯望遠鏡 拍到了原始星系,最前沿科學家 找到宇宙極深處 驚人證據!(《未解之謎》提供)
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最近,美國宇航局和歐洲航天局、加拿大航天局聯合研發的紅外線觀測用韋伯太空望遠鏡頻頻引起人們的關注。韋伯採用了最近流行的多鏡面技術,主鏡的直徑達到6.5米寬。此外,韋伯還配上了最先進的相機和分光儀,這讓它的探測功力比起前任哈勃望遠鏡要強大了很多,可以探測到從可見光光譜中段到人眼看不到的中紅外的輻射。

剛剛上任不到一年的韋伯已經不負眾望,向地球傳送了多張宇宙極深之處的精美照片。那些曾經在哈勃望遠鏡鏡頭下無法被探測到的宇宙區域,如今清晰地展現在人們面前。

都說外行看熱鬧,內行看門道。當普羅大眾為宇宙的輝煌壯麗嘖嘖稱奇時,科學家們卻從中這些照片中看出了新門道,甚至有人提出從中發現了挑戰宇宙起源學說的證據。

那麼今天呢,我們就來聊聊宇宙起源。

韋伯新發現 挑戰「大爆炸」

說起宇宙起源,很多人腦中第一個反應就是「宇宙大爆炸」(Big Bang)。這是當前最廣為人接受的一種理論。就是說,宇宙在大約138億年前,由一个密度極大、溫度極高的奇(音Ji)點突然爆炸,並不斷膨脹,經過漫長的演化,達到現在的狀態。

那麼這個過程是怎樣的呢?按照現有的模型,科學家們認為,大爆炸之後宇宙開始急速暴脹,這個膨脹速度是指數級的,這個過程形成了中子、質子、電子、光子和中微子、夸克等基本粒子。隨著宇宙不斷膨脹,溫度和密度開始快速下降。在溫度逐漸降低、冷卻的過程中,宇宙中形成了原子、原子核、分子這些粒子,並結合成為普通的氣體。氣體逐漸凝聚成星雲,星雲進一步形成各種各樣的恆星和星系,星系間經過漫長時間的碰撞、兼併最終形成我們現在所看到的這個宇宙。

所以呢,按照這個理論,科學家們一直認為,早期的宇宙是一個混沌的地方,充滿了能形成星體的物質團塊,一切都很混亂。宇宙中最古老、即最早期的星系是很小、稍顯混亂、畸形的系統。

然而韋伯望遠鏡卻看到了不一樣的景致。韋伯捕獲了一些極其古老的星系的畫面,並發現這些星系不僅相當巨大,而且內部平衡且結構良好。這給人的感覺就是,宇宙從無到有,跳過了漫長的星體演化過程,瞬間就形成了相當成熟和完備的星系。

韋伯望遠鏡的新發現,讓不少天文學家頓時就充滿了困惑。加州大學聖克魯茲分校的天文學家嘉斯‧伊林沃思(Garth Illingworth)在接受《華盛頓郵報》採訪時就表示,現有的宇宙起源模型都沒有預測到這一點,他們都無法解釋為什麼宇宙如此快就形成了眾多星體。

要知道,在哈勃望遠鏡的時代,人們獲得的宇宙圖像基本是證明了大家的猜測,即早期星系是混亂和隨意的存在。然而,現在韋伯望遠鏡似乎在說,那些舊認知是由於哈勃能力有限才造成的錯覺。

難怪有人提出,韋伯的這一發現正在挑戰並可能改寫人們固有的對宇宙起源的理解,並撼動「宇宙大爆炸」理論的基石。

循環宇宙

雖然可能有些人有意無意地將「宇宙大爆炸」視為真理,但是在科學界,有關宇宙到底是如何形成的,還是有不少不同的聲音的。比如,2020年諾貝爾物理學獎得主、英國著名的數學物理學家羅傑‧彭羅斯(Roger Penrose)就曾提出循環宇宙的概念。

什麼意思呢?我們來說一說。

按照「宇宙大爆炸」理論,我們的宇宙是有始有終的,它誕生於138億年前,最終會歸於「熱寂」,也就是整個宇宙的能量全部轉化為熱能,再也沒有可以維持運動或生命的能量存在,宇宙一片死寂。這就像很多人相信的,人的生命只有一次,人死如燈滅,啥都沒了。

但是彭羅斯卻認為,宇宙不止存在一次,而是循環往復的。他提出了一種共形循環宇宙模型,認為無限擴張後的宇宙和緻密的奇點可以通過共形映射平滑地連接在一起,這就可以回答一個很多人都想知道的問題:大爆炸之前宇宙是什麼?彭羅斯的答案就是,大爆炸之前是另一個和我們現在宇宙物理定律相同的宇宙,我們的宇宙也會在無限擴張後成為下一個宇宙的起點。兩者無縫對接,宇宙沒有開始,也不會結束,更不會丟失任何東西,是無限循環的。這就如同人的輪迴轉世一樣,生命逝去之後還會以新的方式誕生。

彭羅斯很早就提出了這個循環宇宙的設想,之後一直在尋找支持這個理論的證據。沒想到,在他89歲的那年,還真就找到了。2020年5月,彭羅斯在《王家天文學會月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,MNRAS)發表了一篇重磅級論文《微波輻射中存在霍金點的明顯證據》(Apparent evidence for Hawking points in the CMB Sky)。在這篇文章中他表示,在宇宙微波背景輻射中找到了以前宇宙存在的證據。

這個宇宙微波背景輻射是什麼?我們稍微介紹下。它被認為是宇宙大爆炸之後充滿整個宇宙的電磁輻射,按照「大爆炸」之後,宇宙各方向均勻膨脹的說法,宇宙微波背景輻射的溫度在宇宙各個方向基本相同。而彭羅斯及其團隊在宇宙微波背景輻射中,發現了至少6個溫度略高的點,他們將其稱為霍金點(Hawking point),這些霍金點的大小相當於8個月球那麼大。彭羅斯認為這很可能就是上個宇宙留下的印記。

彭羅斯認為,宇宙在一次循環的最後會發生大爆炸,星系灰飛煙滅,溫度不斷降低,最後變得空空如也,裡面沒有物質,只有能量和輻射,以及吞噬了所有物質的黑洞。隨著宇宙的溫度不斷降低,直到比這些黑洞溫度還低的時候,黑洞就會蒸發,以輻射的方式向宇宙輻射能量,這樣黑洞的體積會慢慢縮小,但溫度會慢慢升高。那麼它的最終命運是什麼呢?

1974年,霍金在《自然》雜誌上發表論文指出,黑洞在壽命即將結束時,會在最後0.1秒內發生爆炸,釋放約10^30Erg(爾格)的能量,大約相當於100萬個百萬噸級氫彈釋放的能量。

所以呢,彭羅斯結合霍金的說法,認為宇宙末期,吞噬一切的巨大黑洞在爆炸後,產生的明亮特徵會在下一個宇宙中體現出來,那就是宇宙微波背景輻射上那些溫度偏高的點。因為黑洞向宇宙輻射能量、蒸發、爆炸的概念是由霍金提出的,因此這個點就被命名為「霍金點」。

彭羅斯的這個觀點相當新奇大膽,在科學界掀起了熱烈的討論,甚至還登上了新聞頭條。雖然並不是所有科學家都認可他的想法,但是他確實為大家打開了一扇窗,帶來了新的風景,讓人們可以跳出固有的思维,從另一個角度看問題。

彭羅斯其實是一個頗為特別的科學家,他常常會有很多奇思異想。除了循環宇宙學說,他還試圖證明人有靈魂,他認為人在去世後,靈魂也就是意識會以量子形式回歸宇宙。不過這部分內容,我們就不在這期節目中和大家介紹,後面的節目中我們再聊聊。

多元宇宙

在彭羅斯找到「霍金點」之前,也有一組科學家對宇宙微波背景輻射上的特殊區域產生了興趣,在經過一番研究之後,他們提出了另一個很有意思的猜想,即「多元宇宙」。

英國倫敦大學學院物理與天文學系的斯蒂芬‧菲尼(Stephen Feeney)在一篇論文中稱,我們人類所生存的這個宇宙只是一個巨大宇宙中的一個小宇宙。大宇宙中有很多小宇宙,它們的物理特性可能各不相同,每個小宇宙都如同一個泡泡(Bubble),可以自由在大宇宙中移動,甚至彼此之間還會發生碰撞。而這些碰撞記錄就會留在宇宙微波背景輻射上。

菲尼的研究小組在宇宙微波背景輻射上發現了4個餅狀圖形,將它們稱之為「宇宙瘀傷」,認為我們這個宇宙至少被其它宇宙撞過四次了。

這個「多元宇宙」和我們常說的「平行宇宙」有些相似之處。不過,似乎在菲尼的「多元宇宙」中,各個小宇宙是完全獨立,互不干涉的,一個生命不會同時存在多個小宇宙中。而「平行宇宙」則認為,不同的宇宙中都有同一個生命,按照不同的軌跡在發展。

聽到這兒,大家是不是覺得科學界的討論豐富多采,很是熱鬧。不過,這些基於現代科學發展出來的假說,都無法回答一些本質上的問題。比如,物質是如何憑空產生的?如果有人說他走進一間空的房間,打個響指,結果一段時間後所有家具都出現了,大家肯定不信。那麼「大爆炸」又是如何能產生基本粒子的呢?

還有啊,這些基本粒子按照一定的物理定律結合成了原子,分子。之後更是形成了星球,星系以至萬事萬物。比如,現代科學研究發現,在宏觀世界,如果沒有引力,一切都將土崩瓦解。而在微觀世界,要是沒有電磁力、強力和弱力維繫著分子、原子和各種粒子,這些粒子就會消失。

那麼這些力是誰加的呢?這些「物理定律」「自然法則」又是誰制定的呢?

也有學者提出疑問,按照熱力學第二定律──熵增定律,事物在沒有外力干涉的情況下,都是從有序向無序發展,比如房間會越來越亂,手機會越來越慢,宇宙也會最終走向熱寂。那麼為什麼在宇宙形成的初期,卻是從無序走向有序呢?是冥冥中有什麼力量在干涉嗎?

其實,在古代人們大多是相信宇宙及天地萬物是由神創造的。比如,中國的神話故事中就有「盤古開天地」「女媧用泥土造人」。而西方猶太教、基督教信仰認為上帝在6日之內創造了天地萬物,並仿造自己的形象造了人。

只是,之後現代科學產生了,人們開始反對傳統信仰,甚至開始否定神的存在。比如,「宇宙大爆炸」理論被接受後,不少人將其視為真理,並認為這說明了,沒有神的存在宇宙照樣能產生並發展。

這裡呢,給大家介紹一個發生在英國著名的物理學家牛頓和天文學家哈雷之間的故事。不相信有神存在的哈雷去拜訪虔誠信仰基督教的牛頓,被牛頓桌子上一個精美的太陽系模型所吸引,讚歎不已。哈雷問牛頓是誰打造了這個模型,牛頓卻回答,沒有人,一堆原材料放在那裡,自行組合而成。哈雷當然不信,一直追問牛頓。這時牛頓才語重心長地說,「這個模型雖然精巧,但比起真正太陽系,實在算不了甚麼!你尚且相信一定有製造它的人,那麼比這個模型精巧億萬倍的太陽系,豈不是全能的神,用高度智慧創造出來的?」哈雷頓時有所領悟。

是啊,我們在之前的節目中,也和大家一起探討了宇宙有多大,相信看過的朋友都會對宇宙的浩瀚無窮驚歎不已。那麼,如此宏大莊嚴,精妙無比的宇宙真的只是一次大爆炸之後,隨機自我演化出來的嗎?這個概率可能比猴子彈鍵盤,彈出百科全書還要小。

其實,科學和神學並不對立,只不過是站在不同的角度,不同層次去看待事物。科學在觀察和研究事物的表現,並努力透過現象去找出內在的規律。但是人類目前的科學並不發達,所以呢對這個宇宙,這個世界的研究也是很有限的。這就如同盲人摸象,摸到象牙的說,大象長得像蘿蔔;摸到大象耳朵的,則說大象長得像簸箕;摸著鼻子的則認為大象是杵樁的模樣;摸到象腿的則堅持大象明明就和柱子一樣。然而,這些都不能代表大象真正的形象。科學也是如此,目前誰也無法說,科學已經洞察了宇宙的一切,對不對?所以,大家不妨以更開放的心態來看待這一切。

好了,今天的分享就到這裡,未解之謎,我是扶搖,我們下期見。

參考文獻:
《韋伯望遠鏡看到極古老星系 挑戰宇宙起源學說》
《微波輻射中存在霍金點的明顯證據》
《發現宇宙瘀傷》

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責任編輯:李梅#

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