加州大學聖克魯茲分校的宇宙學家喬爾·R·普里馬克指出,大爆炸涉及的物理過程與日常經驗截然不同。因此,人們常常覺得很難理解天文學家在提到“宇宙正在膨脹”時所指的意思。
普里馬克說,一個常見的誤解是“認為大爆炸是在預先存在的靜態空間的某個點發生的爆炸——這與我們現代的時空和引力理論不符。”他解釋了為什麼將大爆炸想象成空間中的爆炸,就像炸彈爆炸一樣,是錯誤的。
“根據現代宇宙學理論,基於愛因斯坦的廣義相對論(我們現代的引力理論),大爆炸不是發生在空間的某個地方;它佔據了整個空間。實際上,它創造了空間。遙遠的星系不是以高速在空間中移動;相反,就像我們自己的星系一樣,它們相對於任何相鄰的星系都在相對緩慢地移動。正是空間本身的膨脹,在這些遙遠星系中的恆星發出光線和我們的望遠鏡接收到光線之間,導致光的波長變長(紅移)。空間本身是無限彈性的;它不是在向任何東西膨脹。”
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過訂閱來支援我們屢獲殊榮的新聞報道。透過購買訂閱,您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
普里馬克描述的光的變長或紅移現象最早由埃德溫·哈勃於1929年觀察到。這種現象通常被錯誤地稱為多普勒效應。多普勒紅移是由於後退物體發出的光線膨脹造成的。宇宙學紅移是由於我們與遙遠的星系或類星體之間的空間膨脹(以及光線在空間中移動)造成的。空間在各個地方都在膨脹,因此物體越遠,它看起來遠離的速度就越快。
然後,普里馬克考慮了讀者問題的另一個方面:我們宇宙視界之外,即宇宙可見的“邊緣”之外,有什麼?
“宇宙中的每個觀測者都被一個球體所包圍,在這個球體之外什麼都看不到:觀測者的宇宙視界(即明顯的退行速度等於光速的點)。由於阻止我們看到宇宙視界之外的是空間膨脹,而不是遙遠星系的高速,因此沒有理由認為視界之外的星系與視界之內的星系有任何不同。實際上,宇宙背景輻射的極端各向同性或平滑性(它在所有方向上都具有相同的溫度,約為十萬分之一),以及廣義相對論的定律和其他似乎合理的物理假設,意味著宇宙在我們的視界之外的相當遠的距離內必須保持基本不變。”
“宇宙暴脹理論是大爆炸理論的最新發展,它表明在更遠的距離上,宇宙與區域性情況非常不同。儘管我們無法直接驗證這一預測,但暴脹的其他預測正在透過新的觀測進行測試,特別是那些將由美國宇航局和歐洲航天局計劃在未來五到十年內發射的天文衛星進行的觀測。有許多書籍討論了當前關於宇宙膨脹和相關主題的理論。其中,我最喜歡的一本是愛德華·R·哈里森的《宇宙學》(劍橋大學出版社,1981年)。”
聖諾伯特學院的高橋隆正補充了一些評論
“許多科學家不問‘大爆炸之前是什麼?’,因為它超出了我們物理理論的範圍。通常我們認為大爆炸是時間和空間的開始,因此問之前存在什麼或者膨脹的宇宙之外有什麼是沒有意義的。因為空間本身與宇宙中的物質密切相關,就像物質在大爆炸中被創造出來一樣,空間也是如此。沒有宇宙正在膨脹的‘空空間’。”