哪些事實能反駁大爆炸理論？
目前看來，關(guān)于宇宙起源和演化的理論似乎很全面，我們稱之為暴脹理論。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出現(xiàn)，以及如何膨脹和冷卻的。正是如此，太空以比光速更快的速度膨脹并冷卻，熟悉的基本粒子和力可以在宇宙膨脹時產(chǎn)生宇宙背景輻射和各種復(fù)雜粒子。大爆炸后大約三分鐘，氫與氦的比例已在宇宙學(xué)上確定，宇宙背景光子和中微子的數(shù)量也已確定。此外，在快速“膨脹”時期，宇宙物質(zhì)密度的不規(guī)則性以及引力輻射的背景被確立。
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根據(jù)WMAP衛(wèi)星的驚人結(jié)果，以及COBE和其他一些對宇宙背景輻射的高精度研究的結(jié)果，現(xiàn)在已經(jīng)確定宇宙有137億年的歷史，它的空間幾何結(jié)構(gòu)完全是“平坦的”。而且，普通恒星和氣體中的引力物質(zhì)含量只有5%。其余可觀測的宇宙引力“質(zhì)量”是以暗物質(zhì)的形式（27%）和額外的暗能量（68%）的形式存在。正是這種暗能量使我們的宇宙加速膨脹，且這種情況已被遙遠(yuǎn)的超新星觀測到了。
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多年來，大爆炸宇宙學(xué)存在幾個潛在的競爭對手，但除了穩(wěn)態(tài)理論，沒有一個能吸引到更多感興趣的支持者。原因是他們未能預(yù)測或者解釋一些被廣泛認(rèn)為是任何宇宙學(xué)理論的關(guān)鍵檢驗的基本觀測結(jié)果，即使是大爆炸理論的競爭對手也不例外！
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德西特宇宙論（1917年）--宇宙被認(rèn)為完全沒有物質(zhì)，但由于存在一個非零的宇宙學(xué)常數(shù)，宇宙隨時間以指數(shù)方式膨脹。這駁倒了幾乎所有現(xiàn)有的觀測事實，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。而且，宇宙中物質(zhì)的密度不是零，因為我們在這里，還有許多其他恒星和星系！
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愛因斯坦靜態(tài)宇宙論（1917年）--宇宙不會膨脹，并且在時間上是靜止的。宇宙學(xué)常數(shù)被精確地調(diào)整以平衡物質(zhì)的吸引傾向。與德西特宇宙學(xué)一樣，它也不符合現(xiàn)代觀測，因為宇宙是隨著時間線性膨脹的。它對這個常數(shù)的微小擾動也是不穩(wěn)定的。
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勒梅特宇宙論（1924）--宇宙從一個沒有宇宙學(xué)常數(shù)的“大爆炸”開始。初始狀態(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)。這一理論與觀測到的膨脹相一致，但卻未能解釋宇宙背景輻射的存在以及氫、氦和氘的普遍豐度，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。
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穩(wěn)態(tài)宇宙論（1950）-由弗雷德 霍伊爾和托馬斯戈爾德提出，他們認(rèn)為宇宙一直在不斷地膨脹，新的星系在星系間空間種一個接一個地被創(chuàng)造出來。這一理論在20世紀(jì)50年代和60年代達(dá)到全盛時期，但始終無法令人信服地解釋宇宙背景輻射來自何處，為何是各向同性的，及其溫度為何固定在2.7 K。它也沒有提供任何線索，說明為什么氫、氦和氘應(yīng)該有一個普遍的豐度比。
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冷大爆炸宇宙論（1965）--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。當(dāng)宇宙膨脹時，這些云分裂成星系大小的云。它沒有解釋宇宙背景場從何而來，也沒有解釋為何它在溫度2.7K時各向同性的，溫度為2.7K。
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哈格登宇宙論（1968年）--由物理學(xué)家羅伯特·哈格多恩提出，大爆炸理論的所有細(xì)節(jié)可能都是正確的，除了宇宙早期歷史的極限溫度約為1萬億度，因為物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有一個無限的“基本粒子”階梯，其中的電子、質(zhì)子和中子被構(gòu)造出來?？淇说拇嬖谑沟糜钪嬖缙跉v史的任何極限溫度都遠(yuǎn)高于1000萬億度，這一發(fā)現(xiàn)駁倒了這一點。
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布蘭斯迪克宇宙論 (1955)--愛因斯坦的引力方程在廣義相對論中被修正為包含一個標(biāo)量場。這個磁場使重力常數(shù)的值在數(shù)十億年內(nèi)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，它并沒有改變到實驗誤差以內(nèi)。這將導(dǎo)致地月系統(tǒng)的演化發(fā)生重大變化，太陽的演化將受到嚴(yán)重的影響。而這些影響都沒有觀察到。
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舊膨脹論和大爆炸宇宙學(xué)說（1980年）--艾倫古特在1980年提出的一個“玩具”模型。在宇宙大爆炸后10-34秒結(jié)束的膨脹時代導(dǎo)致了真空中無數(shù)“氣泡”的形核，這些氣泡合并在一起形成了物質(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，自宇宙大爆炸后約30萬年以來，宇宙非常平滑，至少有一萬分之一。沒有證據(jù)表明這是一個動蕩混亂的過渡時期。
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振蕩大爆炸宇宙論（1930）--這是對大爆炸宇宙學(xué)的一種可能的修改，其區(qū)別只是當(dāng)前的膨脹將被崩塌階段和膨脹階段等所取代。沒有證據(jù)表明以前有過膨脹-崩潰階段。宇宙似乎也沒有足夠的物質(zhì)使其成為一個注定在未來會重新消失的“封閉”的宇宙，這是任何未來振蕩周期的重要要求。
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加上了的中微子家族的大爆炸宇宙論（1970年）--大爆炸宇宙學(xué)基本上是正確的，只是為了解決“缺失”或“暗物質(zhì)”的問題，必須在宇宙中加入新的中微子家族。這將改變氦和氘相對于氫的宇宙豐度比，從而使目前觀測到的數(shù)值不再可能。也沒有實驗證據(jù)表明存在超過3種類型的中微子，而且這些中微子已經(jīng)與測量到的宇宙豐度一致。
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時間宇宙論（1970）--由麻省理工學(xué)院的I.塞格爾l開發(fā)，它提出時空具有不同于構(gòu)成大爆炸宇宙學(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的膨脹率，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。這一提議似乎與過去3-40年對遙遠(yuǎn)星系的觀測結(jié)果不一致。也許人們對大爆炸宇宙學(xué)有其他的不同意見，但精密測時宇宙學(xué)的研究還不夠深入，無法在其他領(lǐng)域做出可檢驗的預(yù)測。
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阿爾文宇宙論（1960）--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并沒有任何解釋。如果物質(zhì)和反物質(zhì)的比例相等，那么宇宙中就應(yīng)該存在這樣的區(qū)域，因為湮滅過程，這些區(qū)域會相互接觸產(chǎn)生X射線或伽馬射線。迄今為止，還沒有探測到如此大規(guī)模的背景，可以歸因于質(zhì)子或電子湮沒。
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等離子體宇宙論（1970）--宇宙中的物質(zhì)，在最大的尺度上，不是中性的，但有一個非常微弱的凈電荷實際上是無法探測到的。這使電磁力在宇宙中占據(jù)主導(dǎo)地位，因此我們所觀察到的所有現(xiàn)象并不僅僅是引力的產(chǎn)物。這是一個有趣的理論，但是否認(rèn)了它們的重要性，它不能輕易地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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對于任何關(guān)于宇宙學(xué)的理論，我同意的基本觀察結(jié)果是：
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宇宙在膨脹。-這是一個跨越整個可觀測宇宙的大規(guī)模觀測，因此它必須是“宇宙學(xué)的”
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存在一個微波頻率下可探測的宇宙背景輻射場。-為什么它不在其他頻率出現(xiàn)，而且只在微波區(qū)出現(xiàn)，覆蓋了天空的各個方向？
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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)行補償后，宇宙微波背景場可測各向同性，優(yōu)于十萬分之幾。這是這一現(xiàn)象的大尺度特性，與銀河系或其他星系無關(guān)，因此它一定是一個宇宙學(xué)特征。
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宇宙微波背景輻射場正是黑體背景輻射場。許多其他種類的輻射是已知的，但沒有一種輻射具有確切的黑體光譜。只有宇宙背景輻射才是一個完美的黑體，并且在我們測量其光譜的能力范圍內(nèi)。
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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5.019723 K？只有大爆炸宇宙學(xué)預(yù)測了溫度接近3度的遺跡輻射，而沒有其他值。
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6、確實存在一個與當(dāng)前膨脹率和宇宙背景溫度一致的氦氫豐度比。無論我們觀察遙遠(yuǎn)星系中恒星、行星甚至氣體云的組成，我們似乎總能找到一個“普遍的”恒定的氦氫比、氘氫比。一定有某種與我們的太陽系或銀河系無關(guān)的解釋。
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氘相對于氫和氦的宇宙豐度與給定的當(dāng)前膨脹率和密度的預(yù)期水平一致。如果宇宙膨脹得更快，那么氦和氘等較重元素形成的時間就會更短。
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只有三種中微子。雖然我們還沒有在遙遠(yuǎn)星系附近證實這一點，但我們確實看到了同樣種類的元素和物理現(xiàn)象，尤其是超新星，其物理特性非常敏感地依賴于不同類型中微子的數(shù)量，以及潛在的“弱相互作用”物理的恒定性。
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夜空沒有太陽表面那么明亮。一種簡單而深刻的觀察，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。
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宇宙背景輻射場在十萬分之一到一百萬分之一的水平上起伏不平。為什么會這樣？為什么這么多？
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11、沒有任何物體的年齡大于宇宙的膨脹年齡，這是毋庸置疑的。我們附近的宇宙似乎沒有年齡超過200億年的非常古老的恒星，盡管它們的性質(zhì)應(yīng)該很容易識別，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。
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12、在宇宙背景輻射場中，每一個質(zhì)子和中子都有大約一千萬個光子。這是一個重要的“熱力學(xué)”數(shù)字，它告訴我們到目前為止宇宙是如何進(jìn)化的。為什么它的熵這么大？
13、觀測到的星系團(tuán)聚程度與有限年齡小于200億年的膨脹宇宙是一致的。一次直接的觀察再次告訴我們，引力在今天的宇宙中并沒有很長的時間來建立大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
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14、沒有比鋰重的元素具有普遍的豐度比。-是什么過程產(chǎn)生了這些較重的元素？
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15、宇宙曾經(jīng)對自己的輻射不透明。這一定是宇宙背景輻射的黑體形狀造成的。
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16、宇宙現(xiàn)在完全由物質(zhì)主宰，而不是物質(zhì)和反物質(zhì)的混合物。-只有少數(shù)大爆炸宇宙學(xué)的競爭者試圖解釋這種直接的觀測。
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就是這樣，這不是一個臺球游戲，其中的主球（數(shù)據(jù)）是精心排列的，以便大爆炸理論出來看起來不可避免。這些理論中的任何一個都被反復(fù)地邀請去做最好的嘗試，結(jié)果總是一樣的。支持者們不得不介入其中，甚至讓他們的理論為這些宇宙學(xué)數(shù)據(jù)提供一個簡單的預(yù)測。
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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，以及這個理論如何解釋極端條件下的重力。它的基本預(yù)測已經(jīng)多次得到檢驗，倫澤-蒂林效應(yīng)和重力波等新的奇異現(xiàn)象也被理論預(yù)測和證實。這似乎完美地解釋了引力是如何工作的，但如果它是準(zhǔn)確的，那么除了我們能看到的5%的恒星和氣體外，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，而且存在于星系那樣小的區(qū)域。事實上，早在WMAP（威爾金森微波各向異性探測器）進(jìn)行第一次研究之前，它就已經(jīng)在星系中被發(fā)現(xiàn)了。我們銀河系中圍繞其中心運行的引力物質(zhì)似乎比我們能探測到的所有發(fā)光物質(zhì)和氣體云的引力物質(zhì)多6倍。事實上，我們研究過的任何大型物質(zhì)系統(tǒng)都有暗物質(zhì)問題。一些物理學(xué)家將其解釋為廣義相對論本身的實際崩潰，但他們的支持者卻找不到一種對于廣義相對論的延伸或替代品，使暗物質(zhì)消失。與此同時，物理學(xué)家在大型強子對撞機或世界各地的其他實驗室尚未發(fā)現(xiàn)任何暗物質(zhì)的候選粒子。
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所以暗物質(zhì)可以被添加到大爆炸宇宙學(xué)，但我們還不知道它是什么樣的物理物質(zhì)，也不知道廣義相對論本身是否存在一些微妙的問題。
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作者: astronomycafe
FY: 楚沫汐汐
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