何謂「大霹靂宇宙說」呢？

Question

宇宙學當中有「大霹靂宇宙說」一詞。請問：何謂「大霹靂宇宙說」呢？

Answer 1

宇宙論與大爆炸(大霹靂理論)：
廿世紀對另一個古老問題「宇宙的起源」，也有一個答案：大爆炸(大霹靂)。古代各民族對宇宙的構造各有想像。愛因斯坦的方程式中，也可以解出一個「宇宙模型」。在這個模型中，宇宙「有限而無邊」，在其中任一點來看，宇宙是均勻的，但任一根「直線」，向前伸延，會回到原地，故有「周長」。（這種幾何結構，很像是個球面，但是有三向度的）。這個周長，又會變化；宇宙起自一點，膨脹至一個最大的範圍，再縮小到一點。──這個模型，今稱「弗烈曼模型」（Alexander Friedmann,1888-1925,俄國數學家），連愛因斯坦起初都不能相信，想出辦法來避免它。他在公式中加了一個「宇宙常數」，以便平衡萬有引力，使宇宙維持穩定。後來他自認這是他一生中的大錯。
1929年，美國天文學家哈勃(或譯作:哈伯) (Edwin Hubble,1889-1953)在測定星系的距離與速度時，發現了所謂「哈勃(或譯作:哈伯)定律(即宇宙中星體的紅位移)」：銀河外的星系，離我們的距離每增加一百萬秒差(Mpc約3.26光年），其離我們的遠去速度度約增加70-110公里/秒 。這個發現，使弗烈曼的模型有了觀測上的支持。
這樣的觀念，很自然的導致一個結論：宇宙的開始時体積極小，而密度極高，很快地向外膨脹。1948年，弗烈曼的一位學生加木（俄、美 George Antony Gamow, 1934 -68)發表了一篇著名的論文，這就是討論宇宙起源的「大爆炸(大霹靂)」說。這「大爆炸(大霹靂)」可以說是「時間」的起點。根據弗烈曼模型，估計這大約一百多億年前的事，這也是宇宙的年齡。加木並且研究大爆炸(大霹靂)時之狀態，用當時所知的原子核反應知識估算現在宇宙中氦的數量。他更預言現在的宇宙中尚有大爆炸(大霹靂)時殘存的幅射。這個幅射，在1965年被兩位美國工程師(Arno Penzia and Robert Wilson, 兩人因此獲1978年的諾貝爾獎，此時加木去世已經十年) 無意中發現了，被認為是「大爆炸(大霹靂)」理論的重要証據。
因為大爆炸(大霹靂)理論中，宇宙初起時之密度極高，能量也極高。是一個無法在實驗室中做出來的高能狀態，這引起了很多研究粒子物理學者的興趣，包括蓋爾曼。霍金則是從研究愛因斯坦的重力理論入手，發覺在極強的重力場中（如黑洞附近，或早期宇宙），量子的效應不能忽略。於是，「早期宇宙」，「量子重力場」的研究，漸成為同一目標的課題。

這個大爆炸(大霹靂)理論說：宇宙起於一、二百萬年間的一個大爆炸(大霹靂)。在觀測上也有「三大証據」：
(1)星系間相互遠離(哈伯常數)。
(2)宇宙微波輻射背景。
(3)氫、氘、氦等輕元素之數量比。
以上的(1)，須要以廣義相對論的彎曲時空來理解，(否則宇宙就有一個絕對的中心了)。(2)(3)，都是量子論(粒子物理、標準模型)之運用。用現有的「粒子物理」的成果，宇宙起源可以逆推到大爆炸(大霹靂)後的百分之一秒。如果要再往前推進，我們又遇見重力場量子化問題，甚至有可能大爆炸(大霹靂)本來就是量子重力場的一個效果。所以很奇妙地，對最大的宇宙與對最小的「物質基本單位」的研究，面臨的困難，竟然殊途同歸，都指向「重力場量子化」這一個問題上。（可參考「最初三分鐘」或「時間簡史」等書。）樂觀者預言我們幾年之內，便可以得到這「終極理論(或譯作:最後理論, Final Theory)」，完成了物理世界的統一大業。

所以目前主要就是上述在觀測上的"3大證據!"