淺談大爆炸模型

【明慧網二零一五年三月二十一日】宇宙從何而來？為何而存在？它是否有邊界？這些古老的問題，伴隨著人類的悠悠歷史長河走到今天，答案在哪裏？科學認為宇宙起源於大爆炸，並被大多數人接受。科學佔據了現代人的思維領地，當一種學說出現後，人們不太關心它的本質，好像只要是科學的就行了。然而，正如過去的理論被現在的取代，現在的也可能被將來的代替。真正了解它是甚麼，才能對我們的思考起到真正的作用。

20世紀上半葉之前，人類似乎本能地認為宇宙處於靜止狀態，直至1929年哈伯通過觀測發現，不管你往哪個方向看，遙遠星系正急速的遠離我們，從而得出宇宙正在膨脹的觀點。基於此，從時間上往回推，宇宙在100億年到200億年前剛好縮為一點（稱作奇點），一個密度極高且溫度極高的狀態。然後科學家提出了宇宙起源於大爆炸的假說。建立大爆炸模型的一個基本假設是：在大尺度上宇宙是均勻且各向同性的。意思是，如果宇宙是膨脹的，不會是局部的，所有地方和方向上都在以同樣的方式進行，也就是整體在膨脹。假設最終可能對也可能錯，先不評論。即使假定整個宇宙在膨脹，奇點真的存在嗎？如果它的膨脹是一個不隨時間而改變的狀態，那麼我們就可以從時間上倒推回去直到奇點。可是宇宙忽大忽小並非沒有可能。畢竟，科學家已經發現地球在「喘息」。在大尺度上看，人類所認識的宇宙可能也像地球一樣「喘息」呢。

或許有人會說，科學並不只是依賴推理，還得有證據才行。沒有錯，現代科學走的是實證科學的路線，分為三個步驟：提出假設，進行實驗，和建立理論。當然，其中的諸多瑕疵，科學家們自己也是承認的，他們只不過是選擇了這樣一條探索真理的道路罷了，並不代表這是條正確的或唯一的路。實驗可以證偽假設，卻不能完全證明假設。比如現在的天文觀測數據可以在大爆炸模型中得到合理解釋，卻不能說明大爆炸是正確的模型，因為對已知數據而言，其它模型也可能照樣行得通；但是，如果將來出現一組實驗數據，大爆炸模型不再適用了，那麼它很可能就是錯誤的了。人的思想中有個先入為主的特點，當這種情況出現時，也許不會直接丟棄舊理論，而是首先進行修正，以求保留原物。

從20世紀90年代開始，科學家觀察發現宇宙膨脹速度越來越快。試想，一顆炸彈爆炸後的速度應該是減小的，宇宙的速度也應該逐漸變小才對，大爆炸模型不和加速膨脹相衝突了嗎？為此，科學家就提出，宇宙中存在著看不見的能量，叫作暗能量。暗能量的假說雖然未被證實，它卻已經被普遍接受。既然暗能量是屬於大爆炸模型中的，我們就站在這個背景下看看情況。在大爆炸模型的框架下，宇宙是有限的，時空是有邊界的，對一個有限宇宙的形式而言，相關因素就不一定侷限在它自身範圍內了，因為外因也可能，或者更可能導致它存在的形成。那麼問題是，這個膨脹的加速度為何不能來自宇宙之外的力量呢？另外，星系在運動，星球在旋轉，地球還在自轉，這些機制從哪裏來？

大爆炸是基於相對論的宇宙模型，可是相對論卻在宇宙的起始點處失效。也就是說，相對論預言宇宙存在起點卻在起點處失效，從而必需依賴量子力學，而廣義相對論和量子力學卻不兼容。三十年前成為顯學的超弦理論（以及環圈量子引力理論）試圖統一廣義相對論和量子物理，但整個理論物理學界歷經三十年的努力，這個目標仍然遙遙無期。科學的終極目標是通過一個簡單的模型描述整個宇宙，當前的狀況似乎「令人擔憂」。但是，科學本身不是目的，完全揭開宇宙之謎不才是人類求索的根本目的嗎？我們沒有理由侷限在實證科學所劃的框框內。