現在,宇宙中這些物質每一種的豐度(豐富程度),提供了宇宙創生大爆炸模型的過硬的證明。科學家們能設法估計空間內存在有多少氫,並將此數量與氦的數量比較。他們發現,此比值與理論所預見的每一個氦原子相應有12個氫原子符合得很好。迄今為止,用此比例檢驗大爆炸圖像的效果一直非常好。
1995年,在大爆炸瞬間產生的氦被首次檢測到。約翰·霍普金斯大學的天體物理學家戴維森克裏斯和鄭煒,用在“奮進號”航天飛機上的紫外望遠鏡對來自類星體的光線做詳細的搜索。他們觀察此輻射的目的,在於尋找該光線被星係際氦吸收的證據。探索的結果,確實找到了表明整個宇宙中存在著大量氦的特征吸收譜線(波長的圖式表示被氦捕獲的輻射)。他們發現,在所探尋的空間區域中的氦的含量,正好與標準宇宙模型所預見的12:1的氫與氦之比一致。
比鋰核重的原子核不能在大爆炸中被製造出來,這是因為當鋰在形成時,宇宙冷卻得過多,更重元素的聚合是不可能的。所有較重元素要在晚得多的時候,在恒星的核心中激烈的高溫熔爐裏鍛造生成。
下一個宇宙演化的重要階段是複合時期。在此時期內,宇宙中大多數帶正電的離子(原子核)收集足夠的帶負電的電子而形成不帶電的中性原子。在這一過程中,大量的輻射被釋放出來。這種情況的發生是由於光子傾向於粘牢帶電離子和自由電子,圍繞著它們之間跳躍。一旦離子成為中性原子,電子被鎖定在緊緊的軌道上繞原子核運動,光子便能在空間自由地傳播了。
從此時開始,宇宙沉浸在背景輻射的海洋中,起先,此輻射是熱的,但隨著宇宙的膨脹,其溫度下降得很快。今天,此原初能量,已冷卻到了絕對零度以上2.735開,繼續充斥在宇宙中作為大爆炸時期的一個最後保留下來的殘跡。
科學家們有正當理由相信上文所描述的這些事件是發生過的。但所不清楚的是,這些原初現象是多長時間以前發生的。宇宙年齡問題是現代宇宙學中的一個最有爭議的問題。
4.難以預測的宇宙最終命運
從彭齊亞斯和威爾遜的發現開始,20世紀最後的30多年是宇宙學發展史上獲得輝煌成就的年代。我們已能探測到更遙遠的空間和回溯到更古老的年代,這是幾十年前,任何年代都難以想象所能達到的時空領域。我們確實已站立在比以前任何年代都能獲得更深奧、更豐富的宇宙知識的門檻上了。
由於科學家們多年來的不懈努力,對於宇宙深處的真實情況我們已經知道了不少。首先,我們已知道宇宙曾經有一個時刻非常之熱並且是難以想像的小。其次,當宇宙很年輕時,我們推測它是均勻的,或者是不知何故,任何一個大的不規則在暴脹時期被平滑掉了。但不管整個宇宙如何地勻稱,其中一定點綴著星係祖先的微小種子。
在過去年代的某一時刻,簡單的原子形成了,宇宙輻射能自由地在空間傳播(最終,這種輻射的圖像被彭齊亞斯、威爾遜、施穆特和其他一些人繪製了出來),新產生出來的原子及時地聚集在宇宙的較密區域——可能是充滿大質量暗物質的區域,熱物質的巨雲凝聚成星係、星係團及超星係團——宇宙結構形成了,與此同時,更大的宇宙結構,如宇宙氣泡、纖維和空洞以及突出的宇宙長城開始成形。當宇宙不斷地膨脹時,這些天體也一直不斷地相距越來越遠,而背景輻射也越來越冷。
很快,恒星星係中誕生第一代恒星——星族Ⅱ恒星——主要是由氫氣形成的。當它們死亡時,常出現凶猛的爆發,從它們的灰燼中誕生出較年輕的星族Ⅰ恒星。其中的一些形成了行星係統。一部分行星係統支持智慧生命的繁衍。這些行星中的一個叫作地球。
科學家們有正當理由自信上麵敘述的這些事件中的大多數確實發生過。基於30多年來天文學家和物理學家搜集到的證據,特別是關於宇宙微波背景的信息以及關於今天已知基本粒子數的數據,可以說對宇宙創生大爆炸的情景已有相當多的了解。
但是,天文學家認為,在他們了解宇宙起源的同時,對於宇宙今後的命運他們還難以捉摸。宇宙是開放的、閉合的還是平直的(這些是在前麵討論弗裏德曼模型時所揭示出來的三種可能性)?換句話說,宇宙將一直膨脹下去呢,還是膨脹片刻然後在某一天又開始收縮,還是總在以上兩種情形之間搖擺?