第四节 现代宇宙生成观问题

自从20世纪初期哈勃通过天文观测研究证实了众多河外星系的存在并把星系的退行解释为宇宙的膨胀效应以来，宇宙学的研究才正式跨过单纯思辨的阶段，真正成为理论与观测密切结合的科学探索。在这里爱因斯坦引力场方程的动态解显示了重大的宇宙学意义。然而，由于有关宇宙学参数的测量误差很大，所以当追索膨胀宇宙的过去历史时一度遇到过年龄佯谬问题。为了回避这个问题，20世纪中期曾流行过稳恒态宇宙论，但是这个理论遇到的问题更多，观测到的类星系射电源在几十亿年内的演化趋势它就无法解释。与之相反，膨胀宇宙论则不断地经受到观测和实验的检验，进而发展成为“大爆炸”宇宙论。如果承认观测到的宇宙在不断地膨胀，那么，它过去一定比现在小；在宇宙过去的尺度几乎小到接近为零时，它就处在一种高密、高温状态，这就是被人们称作“大爆炸”的宇宙的开端。后来，随着宇宙的膨胀，宇宙空间不断扩大，温度也相应下降。在宇宙中相继出现的所有的星系、恒星、行星乃至生命等，总体上都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。

经过现代天文观测和物理实验检验的大爆炸宇宙论，已可对宇宙的起源和演化勾画出如下的基本轮廓：起初是粒子混合阶段，没有什么信息能够传递出来；不久，随着中微子的脱耦，氦、氘、氦3和锂这类轻元素才得以在大爆炸后最初几分钟内合成；大爆炸大约几十万年后，随着光子的脱耦，宇宙赤热火球才变得透明可见了，但当我们在100多亿年后的今天去观看时，这种背景辐射的温度已冷却到不足3K；具有星系级能量的射电源的辐射，在上百亿年的宇宙学时标上呈现出由强到弱的演化趋势；许多遥远的星系都在以很高的速度彼此退行；在宇宙中迄今为止从未找到年龄超过宇宙年龄（大约150亿年）的任何天体。

耐人寻味的是，如本书开头第一章第一节所述，我国古代学者把宇宙早期的演化过程细分为太易、太初、太始和太素几个阶段的猜想，其逻辑意义竟然可能同现代的大爆炸宇宙论有相似之处：“未见气也”的太易相当于粒子混合阶段；“气之始也”的太初相当于中微子脱耦阶段；“质之始也”的太素相当于轻原子核合成阶段；而“形之始也”的太始则相当于原始火球的出现。应当指出，古代学者关于宇宙生成的这类猜想，是根据当时所能看到的自然现象进行哲学推理的结果，显然带有很大的不确定性，因而可以作这样那样的多种解释，它的取舍终究要由事实来决定。在原则上可取的情况下，还存在着进一步丰富、发展和完善的问题。现代关于宇宙生成的大爆炸理论称得上对古代宇宙生成论作了很好的丰富、发展和完善，这肯定是古代始料未及的。就像古希腊学者曾猜想“原子”是物质的最小单元那样，他们也决不会想到现代人在实验室里所发现的原子的具体情况，在这里哲理思想的超前性和实证的艰巨性表现都很明显。

由于得到许多观测和实验事实的支持，现代大爆炸宇宙论已被作为标准宇宙模型确定下来。然而，这种宇宙模型也没有达到尽善尽美的地步，它同样存在着需要进一步丰富、发展和完善的问题。例如，宇宙原始火球物质是怎样逐渐碎裂为众多的星系团、星系群和星系的？星系又是怎样由类星体、射电星系演变成普通星系的？这些都是现代天文视野尚难以深入细致地进行考察的领域，是现代宇宙生成现在星系演化领域内不够成熟的表现。又如，宇宙极早期可能出现的超高能状况，地面实验室尚难以模拟再现，因而涉及那段时期的理论预言——如暴胀宇宙乃至自复制暴胀等，也难免带有这样那样的不确定性，同样需要继续扩大天文视野，进一步丰富人们对宇宙的认识。