目前，看似全面的關(guān)于宇宙起源和進(jìn)化的理論被稱為暴漲理論，即大爆炸宇宙論。這個理論解釋了我們的宇宙是如何從高溫和高密度的奇點中誕生的，以及如何膨脹和冷卻的。正是這樣，太空以每秒超光速的速度擴(kuò)張并冷卻，因此隨著宇宙的膨脹，熟悉的基本粒子和力可以產(chǎn)生宇宙本底輻射和各種復(fù)雜的粒子。大爆炸發(fā)生后約三分鐘，氫和氦的比率在宇宙學(xué)上已經(jīng)確定，宇宙背景光子和中微子的數(shù)量也已經(jīng)確定。此外，在快速“膨脹”期間，宇宙物質(zhì)密度的不規(guī)則性以及引力輻射的背景得到了證實。

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根據(jù)威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)衛(wèi)星的壯觀結(jié)果，以及宇宙背景探測器（COBE）和其他一些對宇宙本底輻射的高精度研究的結(jié)果，現(xiàn)已確定宇宙已有137億年的歷史，其空間幾何形狀完全是“扁平的”。此外，在普通恒星和氣體中引力物質(zhì)的數(shù)量只有5%?？捎^測的其余宇宙引力“質(zhì)量”是暗物質(zhì)(27%)，還有額外的暗能量(68%)。正是這種暗能量導(dǎo)致我們的宇宙加速膨脹，而這種情況已經(jīng)被遙遠(yuǎn)的超新星觀測到了。

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多年來，大爆炸宇宙學(xué)一直有幾個潛在的競爭對手，但除了穩(wěn)恒狀態(tài)學(xué)說之外，沒有一個能吸引更多感興趣的支持者。原因是他們沒能預(yù)測或者解釋一些被廣泛認(rèn)為是對任何宇宙理論的關(guān)鍵檢驗的基本觀測，甚至是對大爆炸理論的競爭對手！

德西特宇宙論（1917年） - 宇宙被認(rèn)為是完全沒有物質(zhì)的，但是由于非零宇宙學(xué)常數(shù)的存在，宇宙隨著時間以指數(shù)方式膨脹。這駁斥了幾乎現(xiàn)存的所有觀測事實，包括遵循線性哈勃定律的實際膨脹率，而不是隨時間的指數(shù)膨脹定律。還有，宇宙中的物質(zhì)密度不是零，是因為我們在這里，還有很多其他的恒星和星系！

愛因斯坦靜態(tài)宇宙論（1917年） - 宇宙不會膨脹，并且在時間上是靜態(tài)的。宇宙學(xué)常數(shù)被精確地調(diào)整來平衡物質(zhì)的吸引力傾向。和解析宇宙學(xué)一樣，它也不符合現(xiàn)代觀測，因為宇宙是隨時間線性膨脹的。它對這個常數(shù)的值的微小擾動也是不穩(wěn)定的。

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勒梅特宇宙論（1924年）- 宇宙始于沒有宇宙學(xué)常數(shù)的“大爆炸”。最初的狀態(tài)是一個巨大的放射性原子，包含了宇宙中接近絕對零度的所有物質(zhì)。這個理論與觀測到的膨脹相一致，但卻無法解釋宇宙背景輻射的存在，以及宇宙中氫、氦和氘的豐度，因為它需要一個大質(zhì)量的“超級原子”在大爆炸的瞬間衰變。

宇宙恒穩(wěn)態(tài)理論（1950年）-由弗雷德·霍伊爾和托馬斯·戈爾德提出的，該理論認(rèn)為宇宙一直在不斷膨脹，新的星系是在星系間的空間中，一個原子接一個原子地產(chǎn)生的。這個理論在20世紀(jì)50年代和60年代達(dá)到鼎盛時期，但一直無法令人信服地解釋宇宙背景輻射的來源，為什么宇宙背景輻射是各向同性的，為什么它的溫度固定在2.7k，它也沒有提供任何線索，為什么氫、氦和氘應(yīng)該有一個普遍的豐度比。

冷大爆炸宇宙論(1965年）-由哈佛大學(xué)的大衛(wèi)·萊澤提出，它認(rèn)為大爆炸發(fā)生了，但初始狀態(tài)是絕對零度，由純氫固體組成。隨著宇宙的膨脹，這些碎片分裂成星系大小的云。它沒有解釋宇宙背景場的來源，也沒有解釋為什么宇宙背景場在2.7k的溫度下是各向同性的。

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哈格多恩宇宙論(1968年)-物理學(xué)家羅伯特·哈格多恩提出，大爆炸理論的所有細(xì)節(jié)可能都是真實的，只是宇宙早期的極限溫度約為1萬億度，因為物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有一個基本粒子的無限梯子，電子、中子就是由這些基本粒子構(gòu)成的?？淇说拇嬖谑沟糜钪嬖缙诘臉O限溫度遠(yuǎn)高于1000萬億度，這一發(fā)現(xiàn)駁斥了這一觀點。

布蘭斯-迪克宇宙論(1955年）-愛因斯坦的廣義相對論引力方程被修改為包含一個標(biāo)量場。這個磁場使得引力常數(shù)的值，在數(shù)十億年間緩慢變化。這也導(dǎo)致了宇宙早期歷史的改變。對重力常數(shù)變化的實驗研究表明，在過去的20-30億年里，重力常數(shù)沒有變化。這將導(dǎo)致地月系的進(jìn)化被顯著改變太陽的進(jìn)化被嚴(yán)重改變。這兩種效應(yīng)都沒有被觀察到。

舊膨脹論和大爆炸宇宙論（1980年）- 艾倫·古特在1980年提出的一種“玩具”模型。宇宙大爆炸后10-34秒結(jié)束的暴脹時代造成了真空中無數(shù)“氣泡”的成核，這些氣泡融合在一起，形成了物質(zhì)和輻射的光澤，形成了一個非常塊狀的結(jié)構(gòu)。然而，宇宙背景輻射顯示，自大爆炸后30萬年以來，宇宙非常平滑，至少一萬分之一。沒有證據(jù)表明這是一個動蕩不安的過渡時期。

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振蕩大爆炸宇宙學(xué)（1930年）—這是對大爆炸宇宙論的一種可能的修正，不同之處僅在于當(dāng)前的膨脹將被一個塌縮階段所取代，然后是一個膨脹階段等等。沒有證據(jù)表明曾經(jīng)有過先前的膨脹-塌縮階段。宇宙似乎也沒有足夠的物質(zhì)使其成為一個注定在未來再次衰退的“封閉”宇宙，這是任何未來振蕩周期的一個重要要求。

添加了中微子家族的大爆炸宇宙論（1970年）-大爆炸宇宙論大體上是正確的，除了為了解決“缺失”或“暗物質(zhì)”問題以外，必須向宇宙中添加新的中微子家族。這將改變氦和氘相對于氫的宇宙豐度比，使得當(dāng)前觀測值不再可能。也沒有實驗證據(jù)表明存在超過3種中微子，而且這些中微子已經(jīng)與測量到的宇宙豐度一致。

時間宇宙論（1970年），由麻省理工學(xué)院I.賽格爾提出。它提出時空有一個不同于大爆炸宇宙學(xué)基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。就我們所知，主要的分歧在于宇宙膨脹的速度，這是距離和膨脹速度之間的二次定律，而不是線性哈勃定律。這個提議似乎與過去30-40年間觀測到的遙遠(yuǎn)星系不一致。也許大爆炸宇宙學(xué)還有其他的分歧，但是精密測時宇宙學(xué)還沒有深入到足以在這些其他領(lǐng)域做出可測試的預(yù)測。

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阿爾文宇宙論（1960年）-由物理學(xué)家漢斯·阿爾文提出，宇宙包含等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。宇宙學(xué)中的許多其他觀測事實都沒有得到解釋。如果物質(zhì)和反物質(zhì)的比例相等，宇宙中應(yīng)該有一些區(qū)域，由于湮滅過程，這些區(qū)域相互接觸，產(chǎn)生x射線或伽馬射線。從來沒有發(fā)現(xiàn)過如此大規(guī)模的背景，可以歸因于質(zhì)子或電子的湮滅。

等離子宇宙論(1970年)-宇宙中的物質(zhì)，從最大的尺度來看，不是中性的，而是有一個非常微弱的凈電荷，幾乎無法探測到。這使得電磁力支配著宇宙中的萬有引力，所以我們觀察到的所有現(xiàn)象都不僅僅是萬有引力的產(chǎn)物。這是一個有趣的理論，但是否認(rèn)它們的重要性，它不能輕易解釋宇宙背景輻射的起源，它的各向同性和溫度，以及氦和氘的豐度。

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對于任何理論，我同意的宇宙學(xué)檢驗的基本觀察是：

1.宇宙正在膨脹。-這是一個跨越整個可觀測宇宙的大尺度觀測，所以它一定是“宇宙學(xué)的”

2.存在一個宇宙背景輻射場，可以在微波頻率上探測到。為什么它不發(fā)生在其他頻率上，而且只能在微波區(qū)域看到，覆蓋了天空的每個方向？

3.對地球/太陽/銀河系運動引起的相對論性多普勒效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償后，宇宙微波背景場是可測量的各向同性的，優(yōu)于10萬分之幾。- 這是這種現(xiàn)象的一個大尺度屬性，與銀河系或其他星系毫無關(guān)系，因此它一定是一個宇宙學(xué)特征。

4.宇宙微波背景輻射場正是黑體輻射場。我們知道許多其他種類的輻射，但沒有一種有確切的黑體光譜。只有宇宙背景輻射是一個完美的黑體，達(dá)到了我們測量其光譜能力的極限。

5.宇宙微波背景輻射場的溫度是2.7k-為什么是2.7k？為什么不是5.019723k呢?只有大爆炸宇宙學(xué)才能預(yù)測，溫度接近3攝氏度的遺跡輻射，而不是其他值。

6.確實存在一個與當(dāng)前膨脹速率和宇宙背景溫度相一致的氦氫普適豐度比。-無論我們觀察遙遠(yuǎn)星系中恒星、行星甚至是氣體云的組合，我們似乎總能找到一個“普適的”恒定比例，即氦與氫、氘與氫的比例。一定有某種解釋，與我們的太陽系或銀河系無關(guān)。

7.氘相對于氫和氦的宇宙豐度與當(dāng)前膨脹速度和密度下的預(yù)期水平是一致的。-如果宇宙膨脹得更快，那么氦和氘等重元素形成的時間就會更短。

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8.只有三種中微子。雖然我們還沒有證實在遙遠(yuǎn)的星系附近也是如此，但我們確實看到了同樣的元素和物理現(xiàn)象，特別是超新星，它的物理現(xiàn)象非常敏感地取決于不同類型的中微子的數(shù)量，以及潛在的“弱相互作用”物理現(xiàn)象的恒定性。

9.夜空沒有太陽表面那么明亮。-一個簡單而深刻的觀察，只有通過宇宙中恒星的正確分布、它們的年齡和宇宙的膨脹才能解決。

10.宇宙背景輻射場在100,000到1000,000分之一的水平上，略微起伏不定。為什么會這樣？為什么是這個數(shù)目？

11.沒有任何物體的年齡，無可爭議地大于宇宙的膨脹年齡?！覀兊挠钪娓浇坪鯖]有超過200億年的非常古老的恒星，盡管它們的性質(zhì)應(yīng)該很容易辨認(rèn)，并且是我們所看到的最古老恒星的物理和演化的簡單延伸。

12.在宇宙背景輻射場中，每一個質(zhì)子和中子，大約有1000萬個光子。-這是一個重要的“熱力學(xué)”數(shù)字，它告訴我們宇宙到目前為止是如何演化的。為什么它的熵這么大？

13.所觀察到的星系聚集的程度與一個有限年齡小于200億年的膨脹宇宙是一致的。-一次直接的觀測再次告訴我們，引力在今天的宇宙中并沒有很長時間來作用于建立大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

14.沒有比鋰更重的元素具有普遍的豐度比。-是什么過程產(chǎn)生了這些重元素？

15.宇宙曾經(jīng)對它自己的輻射是不透明的。-這必須遵循從黑體形狀的宇宙背景輻射。

16.現(xiàn)在的宇宙完全由物質(zhì)主宰，而不是物質(zhì)和反物質(zhì)的混合物。只有少數(shù)幾個大爆炸宇宙學(xué)的競爭者試圖解釋這個直接的觀察。

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就是這樣。這不是一個臺球游戲，母球(數(shù)據(jù))是仔細(xì)排列，使大爆炸理論出來看起來不可避免。其他理論也被反復(fù)邀請去嘗試它們的最佳方案，結(jié)果總是一樣的。支持者甚至不得不進(jìn)行干預(yù)，讓他們的理論對這些宇宙學(xué)數(shù)據(jù)做出簡單的預(yù)測。

大爆炸宇宙學(xué)最大的預(yù)言在于它的基礎(chǔ)。它基于廣義相對論的無誤性，以及這一理論如何解釋極端條件下的重力。它的基本預(yù)測已經(jīng)被多次檢驗，新的奇異現(xiàn)象，如倫澤·瑟林效應(yīng)和重力波也已經(jīng)被預(yù)測和理論證實。這似乎是一個完美的解釋，為什么恒星系統(tǒng)能運作，但如果它是準(zhǔn)確的，那么除了我們能看到的5%的恒星和氣體，我們還需要宇宙中大量的暗物質(zhì)和暗能量。這是個大問題。

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暗物質(zhì)不僅存在于宇宙尺度，而且存在于星系這么小的區(qū)域。事實上，早在威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）進(jìn)行第一次研究之前，它就在星系中被發(fā)現(xiàn)了。我們的銀河系似乎擁有比我們所能探測到的所有發(fā)光物質(zhì)和氣體云，多六倍的圍繞其中心的引力物質(zhì)。事實上，我們所研究的任何大型物質(zhì)系統(tǒng)，都存在暗物質(zhì)問題。一些物理學(xué)家把這解釋為廣義相對論本身的實際崩潰，但是他們的支持者無法找到一種延伸或替代廣義相對論，使暗物質(zhì)消失。與此同時，物理學(xué)家們還沒有在世界各地的大型強(qiáng)子對撞機(jī)實驗室或其他實驗室中檢測到任何暗物質(zhì)候選粒子。

所以暗物質(zhì)可以被添加到大爆炸宇宙學(xué)中，但是我們還不知道它是什么樣的物質(zhì)，也不知道廣義相對論本身是否存在一些微小的錯誤。

作者:?Dr. Odenwald's

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