很長時間裏,星雲理論統治著宇宙起源理論,而現在,宇宙起源於“大爆炸”已經被很多人所接受,雖然到現在人們依然不知道引發大爆炸的導火線是被“誰”點燃的。在中央電視台播放的有關地球宇宙起源的科普片裏,也繪聲繪色地演示了想象中的大爆炸情景。大爆炸模型作為解釋宇宙起源的係統化理論已經被天文學家普遍接受,並被許多媒體引用且被寫進教科書中。大爆炸模型據說大爆炸理論是一個喜歡物理學的比利時天主教堂的主教喬吉斯·勒梅特提出來的。1927年,喬吉斯·勒梅特獲得了麻省理工學院哲學博士學位。也是這一年,喬吉斯·勒梅特根據愛因斯坦的相對論提出,宇宙在任何方向和任何地方都是均勻膨脹的,他認為宇宙是由一個包含所有物質的原始物質團爆炸而形成的。埃德溫·哈勃隨後發現的宇宙膨脹現象支持了大爆炸宇宙模式。哈勃發現遙遠的星係都在從各個方向上快速離開而不是接近地球。這就是哈勃在1929年發現的宇宙膨脹,促使許多科學家思考那個能產生足夠的能量引發宇宙膨脹的初始爆炸。
到了1940年前後,天文物理學家開始對引發宇宙大爆炸的初始爆炸進行研究。他們為此提出的理論是:大爆炸發生後產生的等離子體的溫度應該比現存任何恒星內部溫度都高,而隨著時間的推移,它應該慢慢冷卻,逐漸向所謂的“絕對零度”靠攏,就像一堆已經熄滅的篝火那樣,灰燼中還殘留著餘溫。這就是被稱為“微波背景輻射”的理論,意味著離我們越遠的宇宙深處,宇宙背景溫度應該越高。不過,“微波背景輻射”理論在出現時根本不被當時的天文學家和物理學家所關注,因為在他們看來,所謂大爆炸理論形同兒戲,在重視拿到第一手數據的他們看來,是沒有辦法測量或證實微波背景輻射的存在的。
射電望遠鏡
到了1965年,事情出現了意外轉機:貝爾實驗室的科學家宣布他們在為通信衛星開發接收機的時候偶然發現,探測到了微波背景輻射發出連續的“嘶嘶”聲。大爆炸理論在1965年前由於未經驗證而頗受質疑,但現在終於有證據表明可能是由大爆炸遺留下來的殘餘輻射確實存在。於是許多知名科學家都紛紛投入到大爆炸研究隊伍中來,也就不斷發現了更多證據支持大爆炸理論。
由於微波背景輻射在大爆炸理論中的地位尤為重要,1989年美國國家航空航天局(NASA)甚至專門發射了一顆微波衛星用於測量這種“宇宙背景”。微波背景輻射探測器(COBE)希望能探測到宇宙大爆炸後50萬年的微波背景輻射,此時宇宙冷卻到足以使物質開始形成,並輻射出光。COBE沒有辜負天文學家的期望,衛星探測數據證實了宇宙背景輻射確實是各向同性的,溫度接近3開。天文學家還發現這種輻射與所期望的黑體譜相吻合的精度令人驚訝。
背景輻射
到了1992年,一張根據COBE搜集的數據繪製的全天空星圖也證實了另一個預測:大爆炸後冷卻的氣體形成的物質最終會彙聚成團,形成包含恒星的星係,這也符合早期宇宙的微觀量子波動必然擾亂物質均勻分布的理論。打個比喻來說,宇宙好像是一鍋稍微帶一些疙瘩的勾了點芡的肉湯——大家知道,當澱粉沒有完全攪勻就倒在鍋裏,就難免出現團塊,即使很少也顯得很突出。美國物理學家漢斯·貝特在1939年指出,重元素能在恒星中合成。這些元素是組成恒星和我們人體的成分,但隻占整個宇宙質量的2%,其餘是由75%的氫和23%的氦以及少量鋰元素組成的。這些輕元素是在大爆炸時形成的。“熔化”在恒星“熔爐”中的重元素最終將被拋入宇宙空間,就是這些重元素成為宇宙固體物質凝聚的“種子”。最年老的恒星所保持輕元素很少,因為恒星越老它們向宇宙空間中拋射物質的時間也最長。元素在宇宙中的分布稱為“宇宙元素豐度”,這是符合宇宙大爆炸理論的。
至此似乎已經可以得出結論:宇宙大爆炸理論是正確的。在科學家進行了大量驗證後,這個理論被認為是可以成立的。不過,大多數天文學家在接受大爆炸理論的同時,也意識到大爆炸理論所存在的一些疑問,這些疑問有的以至於危及到大爆炸理論本身的正確性。
如佛瑞德·霍伊爾就是大爆炸理論的主要反對者。1948年,佛瑞德·霍伊爾、赫爾曼·邦迪和托馬斯·戈爾德一起,提出了稱之為“穩恒態”的理論。按照“穩恒態”宇宙發生理論,宇宙的實際年齡要比我們所知道的要大得多,宇宙似乎是一直存在並且將永遠存在的。一個又一個星係會誕生、成長、死亡,而新星係將不斷從死亡星係的灰燼中誕生,但宇宙的總質量將維持守恒。這樣說來,地球上的人可以觀測到的即使是最古老的星係,在一個更大範圍來說實際上也是相當年輕的。
不過,霍伊爾的理論本身也不是十全十美,例如他利用了修改後的宇宙常數。宇宙常數是愛因斯坦為了證明宇宙是不變的而在他的相對論中引入的一個數學因數。早在1929年,埃德溫·哈勃在研究中就發現遙遠星係的光譜是向紅端移動的,稱之為“紅移”,他因此得出結論:星係隨著宇宙的膨脹而以很快的速度彼此分離。這表明宇宙並非不變,愛因斯坦的宇宙常數也就不是必要的了,連愛因斯坦也把引入宇宙常數視為他一生中所犯的最大的錯誤。