2016-08-15 23:26:12
二、膨脹中的宇宙在往哪裡膨脹？
這是把氣球類比膨脹宇宙過渡外推而導致的另一個問題。宇宙是自我獨立的，它可以在不需要膨脹入其他東西的情況下自我膨脹。
愛因斯坦的相對論為審視宇宙提供瞭一條新的途徑。它認為引力不再是一種力，而是時空的彎曲。引力場中的物質和能量會按照彎曲時空的“命令”運動。相對論預言，時空的彎曲也會使得光線的路徑彎曲。
[圖片說明]：大質量的天體會使得其周圍的時空發生彎曲，由此導致瞭掠過其邊緣的光線也發生偏折。
1919年的日全食給瞭科學傢直接的證據。如果一個大質量天體（例如太陽）會使得時空發生彎曲，那麼來自遙遠恒星的光線在掠過這個天體的時候就會發生偏折。這一效應雖然很小，但是天文學傢根據在日全食時測量到的太陽附近恒星位置的變化足以能發現它。
這隻是愛因斯坦相對論眾多實驗驗證中的一個。由此相對論也成為瞭現代宇宙的一大基石。正如德西特所證明的，空間是一個有機的整體，可以在不需要嵌入高維空間的情況下彎曲、收縮和膨脹。
三、“大爆炸”到底是什麼樣的爆炸？
“大爆炸”並不是通常意義下的任何一種爆炸。
“在物理學和科學中，‘大爆炸’和爆炸毫不相關，”WMAP的首席科學傢查爾斯·貝內特（Charles Bennett）說。WMAP觀測到瞭迄今精度最高的宇宙微波背景圖。這些光子自宇宙誕生之後大約38萬年電子和質子首次結合成中性原子起便穿行於宇宙之中。
天文學傢已經知道，宇宙正在不斷地變大、冷卻，密度也在不斷降低，這也正是宇宙膨脹的必然結果。如果我們把宇宙的歷史向後推，那麼以前的宇宙就會比現在天文學傢看到的要更小，溫度更高，密度更大。
[圖片說明]：宇宙大爆炸之後的演化過程。
當可見的宇宙隻有目前的一半的時候，物質的密度就會是現在的8倍，宇宙微波背景的溫度就會是現在的2倍。當可見的宇宙隻有現在的一百分之一的時候， 宇宙微波背景的溫度就是現在的100倍。當可見的宇宙隻有現在的一億分之一的時候，背景輻射的溫度可以達到2.73億開。此時宇宙中物質的密度將和目前地 球表面空氣的密度相仿。這一溫度可以把宇宙中的氣體完全電離成高速運動的質子和電子。
“‘大爆炸’對於這個理論而言並不是一個非常精確的名字，”貝內特解釋說，“這一理論所描述的是宇宙的膨脹和冷卻，而不是一次爆炸。”
但“大爆炸”不是在空間中的一次爆炸嗎？它的名字會讓人聯想到諸如爆竹這樣的化學爆炸現象，而一旦有瞭這些先入為主的印象，就很難把大爆炸想象成其他東西。事實上，“大爆炸”更接近物質、能量、時間以及空間自身的創生和伸展。
“更確切地講，‘膨脹宇宙理論’是一個更貼切的名字，因為它就是一個關於宇宙如何膨脹的理論，”WMAP成員、美國普林斯頓大學的戴維·斯珀格爾（David Spergel）說。
四、“大爆炸”之前是什麼？
沒人知道。也許在大爆炸之前什麼都不存在，也許如美國哈佛大學的阿維·洛佈（Avi Loeb）所說，我們的宇宙“始於循環大爆炸。但是目前還沒有觀測數據能證實這一以及其他的假說。”使用已知的物理定律，宇宙學學傢可以把宇宙反推到大爆炸之後的10-43秒，即普朗克時期，但隻能到此為止。因此現在的科學無法回答這個問題。
科學傢們一直在使用兩種“分立”的理論。一個是描述微觀世界的量子力學，另一個是描述大尺度宇宙的廣義相對論。它們在各自的領域都非常有效，但是彼此不可調和。洛佈說：“我們需要一個能統一量子力學和廣義相對論的理論，由此才能把宇宙反推到大爆炸的源頭。”
在幾個世紀的研究之後，物理學傢已經知道瞭四種基本作用力：引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力。理論物理學傢已經統一瞭電磁力和弱相互作用力。當宇宙的年齡隻有一百億分之一秒的時候，“弱電”力分解成瞭現在我們看到的兩種力。
[圖片說明]：大型強子對撞機。版權：LHC/CERN。
統一弱電力和強相互作用力的嘗試還沒成功，不過科學傢們相信，在更早期的宇宙所有的基本力都是統一在一起的。但引力——到目前為止依然是相對論的領地——則是個麻煩。
超弦理論試圖統一相對論和量子力學。它認為，所有的基本粒子都是振動的能量環，被稱為“弦”。無論對應於一個電子還是一個頂誇克，每一種弦都具有特定的振動頻率。