令我們這些當代人感到驚詫的是,遲至1917年,那些人類最具智慧的大腦仍然以為我們的銀河系就是整個宇宙,而這個銀河系大
小的宇宙永遠都是穩定不變的,既不會變大也不會變小,這就是流傳了千百年的穩恆態宇宙觀。
1917年,愛因斯坦試圖根據廣義相對論方程推導出整個宇宙的模型,但他發現,在這樣一個只有引力作用的模型中,宇宙不是膨
脹就是收縮。為了使這個宇宙模型保持靜止,愛因斯坦在他的方程裡額外增加了一個新的概念——宇宙常數,它表示的是一種斥力,
同引力相反,它隨著天體之間距離的增大而增強。這是一個假想的、用以抵消引力作用的力。
然而,愛因斯坦很快發現自己錯了。因為科學家們很快發現,宇宙實際上是膨脹的!
最早觀察到這一點的是20世紀的天文學之父哈勃。哈勃1889年出生於美國的密蘇里州,畢業於芝加哥大學天文系。1929年,哈勃
發現所有星系都在遠離我們而去,這表明宇宙正在不斷膨脹。這種膨脹是一種全空間的均勻膨脹,因此,在任何一點的觀測者都會看
到完全一樣的膨脹,從任何一個星系來看,一切星系都以它為中心向四面散開,越遠的星系間彼此散開的速度越大。
宇宙的膨脹意味著,在早先,星體相互之間更加靠近,並且在更遙遠過去的某一刻,它們似乎在同一個很小的範圍內。
宇宙膨脹的消息傳到著名物理學家伽莫夫那裡去的時候,立即引起了這位學者的興趣。喬治·伽莫夫出生於俄國,自小對詩歌、
幾何學和物理學都深感興趣,在大學時期成為物理學家弗裡德曼的得意門生。弗裡德曼曾在愛因斯坦之後提出了重要的宇宙膨脹模型
,伽莫夫也成為宇宙膨脹理論的熱心支持人之一。1945年,人類史上第一顆原子彈爆炸成功,看著蘑菇雲升起的照片,伽莫夫突發靈
感:把原子彈規模「放大」到無窮大,不就成了宇宙爆炸嗎?他把核物理知識和宇宙膨脹理論結合起來,逐漸形成了自己的一套大爆
炸宇宙理論體系。
1948年,伽莫夫和他的學生阿爾法合寫了一篇著名論文,系統地提出了宇宙起源和演化的理論。與我們慣常的想法不同,這個創
生宇宙的大爆炸不是發生在一個確定的點,然後向四周的空氣傳播開去的那種爆炸,而是空間本身在擴展,星系物質隨著空間的擴展
而分開。
根據大爆炸宇宙論,極早期的宇宙是一大片由微觀粒子構成的均勻氣體,溫度極高,密度極大,且以很大的速率膨脹著。伽莫夫
還作出了一個非凡的預言:我們的宇宙仍沐浴在早期高溫宇宙的殘餘輻射中,不過溫度已降到6k左右。正如一個火爐雖然不再有火了
,還可以冒一點熱氣。
1964年,美國貝爾電話公司年輕的工程師——彭齊亞斯和威爾遜,因一次偶然的機會發現了伽莫夫所預言的早期宇宙的殘餘輻射
,經過測量和計算,得出這個殘餘輻射的溫度是2.7k(比伽莫夫預言的溫度要低),一般稱為3k宇宙微波背景輻射。這一發現有力的
佐證了宇宙大爆炸理論。
廣義相對論的智慧之處就在於,它從誕生起就能描述整個完整的宇宙,即使那些未知的領域也被全部囊括進去。讓它對付像太陽
系這樣小小的、很普通的時空領域可真是大材小用了。