30、宇宙奥秘：从大爆炸到统一理论的探索

宇宙奥秘：从大爆炸到统一理论的探索

1. 宇宙大爆炸与时间起点

宇宙始于大爆炸的可能性本身就十分有趣。在广义相对论的几何框架下，若宇宙始于大爆炸，我们能得到一个关于时间起点的几何解释，这一概念曾困扰着伊曼努尔·康德，他无法对其作出解释。在弗里德曼模型中，询问大爆炸之前存在什么，就如同问北极以北是什么一样毫无意义。

2. 宇宙膨胀与背景辐射

• 早期研究与重大发现 ：1917 年，爱因斯坦开始将他的理论应用于宇宙的大尺度结构研究。在此之后，埃德温·哈勃有了两项重大发现。1925 年，他证实了银河系外星系的存在，这让人们认识到宇宙比想象中更为广阔；1929 年，他发现了宇宙的膨胀现象。宇宙膨胀会使距离为 (d) 的星系发出的光产生红移，红移类似于多普勒频移，其速度 (v) 由公式 (v = Hd) 给出，其中哈勃常数 (H) 约为 45 - 90 km /（s·Mpc），1 秒差距约为 3.26 光年。每个星系都有其独特的速度，类似于气体中分子的速度，因此 (v) 是一个平均值。
• 膨胀的类比与影响 ：膨胀的宇宙中的星系与正在充气的气球表面上绘制的台球有一些模糊的类比。不过，气球上的台球会变大，而原子、地球、太阳系和星系的大小并不会增大。这是因为膨胀在束缚系统之间创造了空间，但在系统内部，由于它们相对较小，膨胀的微小影响被引力的影响所主导，甚至星系团也因引力而保持束缚状态。
• 解决奥伯斯悖论 ：这一发现意外地解释了古老的奥伯斯悖论。天文学家海因里希·威廉·奥伯斯（1758 - 1840）指出，如果宇宙是无限且静止的