韦德体育官方网站注册网站 当代宇宙学危机：是什么？为什么？

宇宙学，是对宇宙整体的研究，并且延伸探讨到人类在宇宙中所处的地位。宇宙学这个词是过去不久才有的，但实际上人类对宇宙的研究已经有很长很长的历史，涉及到科学、哲学、神学以及宗教。

当前，科学家们在谈论宇宙学时遇上了一个很大的难题，许多科学家认为当代宇宙学处于一种危机之中。

这是一种什么样的危机？为什么会有这样的危机？这里我们尽量用通俗的语言简单解释。

牛顿力学创立以后，建立了经典宇宙学。到了20世纪，在大量天文观测数据和现代物理学的基础上产生了现代宇宙学及其较为公认的宇宙学标准模型。

现代物理宇宙学以大爆炸理论为主导，建立起了宇宙学标准模型。大爆炸理论是将观测天文学和粒子物理学相结合而建立起来的。具体来说，宇宙学标准模型是建立在大爆炸与暗物质和暗能量的标准参数化的基础上形成的一套理论体系模型。

这个模型，科学家们又具体地称为Lambda-CDM模型，或ΛCDM模型，或直译为Lambda冷暗物质模型，其中Λ意为大爆炸宇宙学模型的参数，一个与暗能量相关的宇宙常数，用Lambda（希腊语Λ ）表示，假设冷暗物质（Cold Dark Matter，CDM）。

科学家们无法直接观察到暗物质，但理论和观测之间的矛盾告诉天文学家，无论它是什么，这种物质都不会以相对论的速度移动。它必须是移动较慢的东西。换句话说，暗物质是“冷的”。进一步的观测表明，暗物质构成了宇宙物质的绝大多数。大约85%的宇宙质量是暗的。

利用遥远的超新星，天文学家在1990年代发现宇宙的膨胀正在加速。这意味着整个宇宙必须充满一种看不见的能量形式，而这种能量正在推动宇宙扩充。这种暗能量占宇宙总能量约75%。

这个理论体系模型，包含着千千万万的科学家的辛勤努力，一直可以追溯到牛顿和爱因斯坦。

这个标准模型描述了科学家们所观察到的一些宇宙属性，譬如：宇宙微波背景的存在和结构，星系分布的大尺度结构，观察到的氢（包括氘）、氦和锂的丰度，从遥远的星系和超新星发出的光中观察到的宇宙加速膨胀，等。

宇宙学标准模型告诉我们宇宙的历史，在大爆炸后大约40万年，电子和质子相互发现并产生了第一个氢原子。在此之前，它们一直与即将成为宇宙微波背景辐射的光子一起自由奔跑。一旦这种组合成氢的情况发生，宇宙主要由这些原子组成的相当光滑的气体，周围也有一些氦，以及残留的背景辐射组成。

其中，引力可能在氢气中密度过高的小区域的扰动中发挥作用，慢慢地使它们坍缩形成第一批恒星。正是在这些仅由氢和氦组成的第一批恒星内部，核聚变开始形成我们今天所知的所有重元素。碳和氮等元素在星系形成过程中起着重要作用。这是因为这些元素可以从周围的气体中吸收热量并发射光子来冷却这种气体。这个冷却过程对于帮助气体聚结成星系至关重要。

最终，这些第一代恒星爆炸，由此产生的超新星为环绕它们的气体注入了重元素。每颗超新星以及正在形成的黑洞将紫外线辐射入宇宙。从氢原子中剥离电子，使宇宙对紫外线辐射越来越透明。在宇宙经历了几代恒星之后，周围有足够的重元素和紫外线辐射来滋养星系的形成。恒星和大量气体坍缩成受引力束缚的实体，将这些第一批星系聚集在一起。

宇宙学标准模型较好地描述了科学家们所观察到的宇宙现象的一些关键部分。但是，当它被置于膨胀宇宙的背景下时，问题就来了。

宇宙学的标准模型为天文学家提供了一种方法，可以将观察到的星体距离以红移表示，与它们相对于大爆炸的年龄，即有多少年，这两者联系起来。星体或星系的距离是通过观察来衡量的客观数据，这是不能随意修改的。

但是另外一方面，宇宙的年龄是来自推测的理论。在爱因斯坦的广义相对论的指导下，科学家采用现在的宇宙膨胀模型，并将我们对星体或星系物质的认知结合在一起，这与粒子物理学中的标准模型的描述统一。这些组合使科学家认知宇宙的距离或红移如何与宇宙年龄联系在一起，从而有了自大爆炸以来的时间。

像哈勃、詹姆斯·韦布等空间望远镜，观察到了星系处于红移状态，因此宇宙的年龄比宇宙学标准模型所预测的要多得多。

特别是，通过最近韦布望远镜的新的图像数据，天文学家们正探索到非常非常遥远的地方。观测宇宙的一个特定的、遥远的距离，意味着的是我们在回望过去，是在回顾非常非常久远的过去。

宇宙始于大爆炸。根据标准模型的宇宙年龄是，红移关系告诉我们如何将观测到的距离转换为大爆炸后的时间。

但是，这些第一批星系的年龄，与年龄-红移关系告诉我们它们形成的时间，并不匹配。一些看起来结构很好的星系出现的时间还要早得多，宇宙标准模型解释不了。即使对宇宙标准模型予以修改，包括如：修正牛顿动力学（MND）、熵引力（Entropic gravity）、修正引力（Modified gravity）、宇宙物质密度大尺度变化理论、双度量引力（Bimetric gravity）、真空尺度不变性（Scale invariance of empty space）和衰变暗物质 (Decaying Dark Matter，DDM）等修正理论模型，仍然难以解释与说明这个问题。

宇宙学的大爆炸模型向我们展示了一个不断扩大的宇宙，而不是静止、永恒不变的。这一点为许多天文学家普遍接受，没有受到任何严重的质疑。

韦布望远镜的令人信服的新观察结果使许多科学家们感到质疑的是，宇宙学标准模型或其它修改模型，对于宇宙的演化历史存在着相当大的问题。

所以，许多科学家们认为，当代宇宙学处于一种危机之中，现代宇宙学理论模型需要进行重大的更新。但所面临的真正问题是，如何更新？需要进行多少、或进行怎么样的更新？