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【科學講堂】宇宙「出生」 源於「爆炸」?

2017-09-27

「星體離地球而去」觀測推論

「什麼什麼是從何而來的?」應該是不少人經常問的問題。小孩子可能會問 :「為什麼下雨過後會有彩虹?」成年人也可能會好奇:「為什麼會有太陽和月亮?」

這類問題驅使我們思考、探索身邊的事物,同時也誘發我們提出更進一步的疑問。

從「熊貓是從何而來的?」我們進而思考為什麼地球上會有生命、地球及太陽系是如何形成......最後我們就會無可避免地問道:「宇宙的起源在哪裡、是什麼?」

未解釋能量集中點起源 尚未能直接觀察

這個問題的困難,在於宇宙代表了所有物事的總和,所以無法利用宇宙之外的因素去解釋宇宙自身的存在(我們暫時還未找到多重宇宙的證據,因此在這裡不作討論)。

探究宇宙的起源,其實就是在問:「為什麼這個世界不是空無一物?物質和能量如何『無中生有』,從虛空中突然出現?」

這個有趣但困難的問題,自然勾起了歷史上不少人的興趣:有些哲學家嘗試利用理性分析,去證明「空無一物」其實是一個違反邏輯的概念,因此這個世界之內必須有一點什麼東西,正如我們不會找到「黑色的白馬」 一樣。

哈勃推論宇宙膨脹

著名物理學家牛頓(Isaac Newton)認為宇宙是永琣a存在的,因此詢問宇宙的起始或終結是一個毫無意義的問題。

不幸地,這些嘗試都有它們自己的弱點,並不能取信於所有人。當然,宗教信仰也為這個問題提出了解答 :世界是被神創造出來的,或者是神的某些行為的結果。

我們如何從科學的角度去看這個問題?大家還記得之前介紹過的宇宙膨脹現象嗎?著名天文學家哈勃(Erwin Hubble)在1929年發表了一項研究結果,指出大部分星體都在離地球而去,而這個現象,正好就可以用「宇宙在膨脹」來解釋。

宇宙正在膨脹,也就是說在愈久遠的年代,宇宙的體積就愈小 ;那麼就必定有一個時間,宇宙的體積是零。當時必定是宇宙中所有的能量都集中於一點,而宇宙就是從這點爆發出來的。這就是人們常說的大爆炸理論(Big Bang Theory)了。

建基於大爆炸理論,科學家們作出了許多準確的計算,大部分都和現實中量度到的結果互相吻合,因此看來大爆炸理論也是可信的。不過再細心想想,大爆炸理論還沒有解釋到宇宙的來源:這個所有能量集中在一起的「一點」,又是從哪裡來的?

大爆炸發生的年代久遠,我們還沒有方法去直接觀察它;而且面對這個能量無限集中的狀態,我們現在所知的所有理論、方程式都不再適用,很難作出客觀的推斷。

小 結

這樣看來,科學好像很令人沮喪,不過這卻正正是科學的長處:科學的發展,建基於客觀測度和理論推算的反覆驗證之上,因此無法觀察、比較的現象,都不應該是科學研究的對象。這種科學精神,在我們分析問題的時候,更能幫助我們分辨清楚,哪些是客觀事實,哪些是主觀意見。 ■張文彥博士

作者簡介:香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後,決定追隨對科學的興趣,在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位,修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師,教授基礎科學及通識課程,不時參與科學普及與知識交流活動。

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