大爆炸理论的 5 个失败替代方案以及为什么它们不起作用

　　大约一个世纪前首次发展起来的大爆炸理论，作为宇宙历史唯一幸存的解释，占据着至高无上的地位。它符合所有可用的证据：宇宙的膨胀，轻元素的形成，宇宙微波背景的存在，宇宙网的进化等等。大爆炸理论简单来说但是：宇宙开始于一个极其炽热和密集的点，膨胀了大约 138 亿年，变得更大更冷。几十年来，大爆炸理论已经接受了一些相当大的挑战。让我们探索这些替代方案是什么以及为什么它们不起作用。

　　一、永恒的宇宙。

　　在发展大爆炸理论之前，科学家的普遍共识是，宇宙就是……事物的本来面目。一直都是。永远都是。当然，如果你有宗教信仰的话，在遥远的过去可能会有一些创世事件，但是那个创世是一个看起来和行为都和现在差不多的宇宙。

　　当然，恒星偶尔会爆炸，随机出现彗星，但总的来说，宇宙就是这样。这是一幅伟大的宇宙织锦，至少在大尺度上，永恒不变。

　　当天文学家埃德温·哈勃发现宇宙膨胀时，这一切都爆炸了。这一发现立即对永恒宇宙的想法产生了影响，因为在膨胀的宇宙中，宇宙的过去与现在明显不同，未来将更加不同。

　　证据表明，我们生活在一个动态的、不断发展的宇宙中。

　　二、稳定状态。

　　即使意识到宇宙正在膨胀，许多天文学家仍然反对大爆炸的概念。20 世纪初最大的竞争者是一种称为稳态模型的理论，它首先由天文学家 Fred Hoyle 提出。

　　在稳态模型中，宇宙总是在膨胀，但总是有新的物质出现在虚空中取代它。因此，根据该理论，宇宙变大了，但密度保持不变，从而挽救了永恒宇宙理念的一般主题。换句话说，在稳态模型中，宇宙是动态的，但在很长的时间尺度上，仍然是不变的。

　　稳定状态因两个主要观测而戛然而止：类星体和宇宙微波背景（CMB）。类星体是仅在遥远的宇宙中发现的非常明亮的无线电发射源，而 CMB 是环绕我们四面八方的辐射源。在宇宙大爆炸的画面中，这些很容易解释：光来自宇宙历史上更早的时期，当时情况有所不同。但在稳态模型中，早期宇宙应该看起来像现代宇宙。

　　三、电宇宙。

　　由于获得了诺贝尔奖的物理学家汉内斯·阿尔文（Hannes Alfvén），稳定状态已永久完成，另一位竞争者站出来挑战大爆炸。阿尔文是理解带电气体（称为等离子体）内部力的大师，他开发了一个完整的物理学分支，称为磁流体动力学。

　　阿尔文认为，由于电磁力远大于引力，我们在宇宙中观察到的东西应该被更好地理解为电磁力的结果，而不是引力的结果。这包括太阳系的演化、恒星的诞生和宇宙的膨胀。

　　阿尔文认为，宇宙是由大量物质和反物质组成的，它们不断地竞争。他推测，这些气泡相互膨胀，导致我们认为宇宙膨胀，在它们相遇的地方，产生了 CMB 的光。

　　对阿尔文来说不幸的是，电宇宙无法匹配所有观测——最重要的是，哈勃定律。对于附近的星系，它们衰退的速度与它们的距离成正比——广义相对论和空间膨胀巧妙地解释了这一点。在阿尔文的版本中，所有星系都以相同的速度后退。

　　四、混合大师宇宙学。

　　生活大爆炸理论并不完美；没有科学理论是。宇宙的一个令人困惑的特征是它在大尺度下有多平滑。宇宙中相距甚远的区域具有大致相同的温度。在早期宇宙中，根本没有足够的时间让所有这些碎片均匀分布。

　　这被称为视界问题，1969年，物理学家查尔斯·米斯纳(Charles Misner)开发了一种解决方案，称为mixmaster宇宙学。在mixmaster宇宙中，早期的宇宙混乱得令人难以置信，空间不断来回晃动。这种混乱的行为做了两件事:在小尺度上混合物质(最终产生星系这样的结构)和在大尺度上拉平事物(使整个宇宙同质)。

　　尽管名字很酷，但数学从未真正适用于mixmaster模型，早期宇宙的另一种描述，称为膨胀，能够以更简单的方式解释视界问题。

　　五、循环宇宙。

　　大爆炸最大的概念问题之一是它有一个开端。有一段时间没有宇宙，然后有一个宇宙。因为大爆炸模型并不试图解释宇宙的真正起源，多年来人们一直试图提出一些从其他物理过程中产生“大爆炸”的场景。

　　几乎所有试图取代大爆炸的尝试都以某种循环宇宙告终，其中大爆炸只是无限长的宇宙串中的一个，因为如果你用另一个单一事件取代大爆炸，你并没有真正改变任何东西。本质上，循环模型代表了一个永恒的宇宙，但是有更多的步骤。

　　有许多循环模型，它们都依赖于高度推测性的物理学。也许更高维度的“膜”不断碰撞，引发新的大爆炸。或者也许通货膨胀不会停止，总有一个新的宇宙即将到来。或者也许宇宙最终会坍缩，达到难以置信的小量子尺寸，然后又反弹回来。

　　但是所有这些模型都难以解释暗能量——我们宇宙的膨胀正在加速，没有减缓的迹象。因此，据我们所知，宇宙是一件一次性的事情。

　　任何复杂的宇宙模型都必须包含大爆炸，因为它描述了所有可用的证据。所以，不管怎样，大爆炸总是会赢。