大爆炸理论：现代科学所讲述的世界起源故事

我们从哪里来？

对“世界起源”的探索，事实上是在回答“我们从哪里来”这个终极的哲学问题，从辩证唯物主义的观点出发，这也涉及到人类如何认识宇宙、认识自身等重要问题，它也和我们世界的未来息息相关。

从人类社会最初形成的时候，关于这个问题就存在着各种朴素的答案，这一点任何文明概莫能外。毫无疑问，它涉及到人类自身和整个世界方方面面的基本层面，对人类社会的文化、科学、哲学、宗教，包括每个人类个体存在的意义和价值来说，它都有着极其重要的影响力。

现今世界中，人类早已被科技、经济等全球化因素连接成了一个共同体，问题是我们能否为这个共同体寻找到一个基于理性认知的情感纽带？这条纽带所需要的点缀，依赖于人类社会那些重要的思想成就，包括伟大的神话、信仰、宗教，现代科学与技术，以及那些它们最终演化出的认知成果。这些成果是真正的“往圣之绝学”，慢慢的、必然的，人类也终将实现这些“智者”的愿望。

这篇文章的写作之日是公元 2023 年 6 月。

作为人类仅存的物种，智人的社会是唯一的也是最后的人类共同体；从超生物的角度看，人类的“未来”取决于她的“思维”，通过过去所有历史所构建起来的思维。因此，人类的历史既是人类的经验，历史也从来都是和未来纠缠在一起的。因此对历史的思索和探究也必将伴随人类本身的存在，当然这个历史是广义的历史，它所提出的第一个问题也正是我们的这个标题。

现在，我们还是要先回到技术角度， 因为“我们从哪里来”是个极其抽象和庞大的命题，这个小小网站的作者显然没有能力去触碰它；但它又如此重要，因此值得将它放置在一个显眼的位置，为后续的故事开启一个思索的起点......

传统的起源故事

“就人类史的大部分内容来说，关于万物起源的叙述，基本上都取决于富于想象的猜测或直觉，或取决于许多人体验到的“启示”——神灵的窃窃私语或内在的“声音”。不过，宇宙是如何形成的这个问题如此重要，以至于所有社会的人们似乎都会提到它。在提出这个问题之后，人们也就得出了各种各样的答案。”

澳大利亚北部阿纳姆地（Arnhem Land）的“彩虹蛇”，原住民认为这个巨大的蛇神具有职掌天雨和创造世界的能力。

摘自亚利桑那州东北部霍皮人的起源故事 ：

第一个世界是 Tokpela（无尽的空间）。据说，一开始只有创世者，即塔洛瓦（Talowa）。剩下的，就是无尽的空间。没有开始、没有结束、没有时间、没有形状，也没有生命。只有一个无垠的空间，它的开始和结束、时间、形状，以及生命等，都存在于创世者塔洛瓦的头脑中。

盘古开天辟地：

天地混沌如鸡子，盘古生其中。万八千岁，天地开辟，阳清为天，阴浊为地。

摘自公元前 1200 年前后印度《梨俱吠陀》 ：

那时既没有‘无’也没有‘有’，既没有空界，也没有空之外的天界。什么覆盖着？在哪儿呢？谁给予庇护？是无垠而深不可测的水吗？那时没有死，也没有不死。既没有夜的标志，也没有昼的标示。‘那’以自己的自然之力无风呼吸，此外没有任何其他东西。

摘自索马里的伊斯兰起源故事 ：

时间之前，有神在。他既不会生，也不会死。若他渴望某物，只需说‘在’，于是它就存在了。

摘自《旧约·创世记》：

“起初神创造天地。地是空虚混沌；渊面黑暗；神的灵运行在水面上。”

故事中未能回答的问题

以上这些关于起源的故事，如果从外族或非本地文化观点的角度出发，可能会显得天真和简单化。它们也缺乏情感力量来打动外人。它们也缺乏情感力量来打动外人。然而，我们不要忘记一点，即在讲述这些故事的社会中，这些故事可能具有强大的、几乎不可思议的力量，就像基督教社会中基督诞生的故事，或者佛教社会中佛陀涅槃或觉悟的故事那样。这些故事是人类文明最早期的表现形式之一，也是人类开始认识、改造自然的开端，是人类文明的种子，孕育着今后的文明。

另外，以上这些文字都是诗性的。无论何时，当人类试图描绘难以形容的事物时，他们必定会诉诸比喻、故事和寓言，诉诸那些能够比简单直接的散文传达更多内容的表达。因此，仅仅从字面意思来理解起源故事是错误的做法，这些故事的讲述者可能并非总是把它们当作严格的事实。起源故事试图描述的，乃是言语永远无法充分表达的事物，用佛教的隐喻，就是“指月示人”。请注意这个表述是如何激起好奇心的。它就像宇宙本身一样神秘，尽管我们能够了解很多事物，但是永远不可能充分了解万物。这就解释了为何人们在打算解释像宇宙起源这类神秘的事物时，他们往往使用复杂的、诗性的和比喻性的语言。

最后，这些故事总会留下一个恼人的问题：创世者本身是如何被创造出来的？或者更宽泛地说，一些事物如何从虚无中出现？

遗憾的是，我们恐怕永远无法从“根本上”解答这个问题，但这并不妨碍我们通过现代科学的手段来对万物的起源做出实事求是的叙述。这也是大爆炸宇宙学（宇宙学标准模型）所要面对的首要问题。

现代科学所讲述的起源故事：“大爆炸宇宙学”

现代科学中，关于宇宙起源最权威，或者说最为普遍接受的理论是“大爆炸宇宙学”，我们在这个网站中将会对它做详细的描述。

但是尽管作为现代宇宙学中最有影响力的一种学说，事实上它也具备传统起源故事的特性：

首先，它看上去同样非常“疯狂”，在约138亿年前，宇宙竟然“爆发”于一个体积无限小、密度无限大的“点”！

其次，它也是“诗性的”。科学家在讲述类似难以形容的事务时，也不得不使用一些具有诗性或比喻的描述方式。比如，“大爆炸”这个表达本身就是一种比喻，对于任何一个严肃的现代天文学家来说，都不大可能真正地认为宇宙出现时存在一次所谓的“大爆炸”。因此“宇宙大爆炸”只是一种抽象描述，大家千万不要把所谓的“爆炸”具体化，不要将它想象成类似手榴弹那样的爆炸。

最后，即便现代宇宙学（对宇宙演化的研究）也无法解决起始悖论。尽管宇宙学家通常热衷于思考大爆炸之前存在什么，但是，事实上，我们现在根本不清楚宇宙为何从虚无中出现。我们甚至不知道大爆炸之前是否空无一物。一个晚近受到重视的推测认为，此前存在一个宇宙，这个宇宙收缩成为虚无，然后再次爆炸形成一个新的宇宙。另外还有一个现在受到更严肃对待的推测，它认为存在一个庞大的多维度的“多元宇宙”（Multiverse），在其内部，宇宙不断出现，每一个都具有明显的特征；这样，我们的宇宙或许只是无数宇宙中的一个。但是以上这些都只是推测或猜测，因为还没有任何确凿的证据和实验结果来支撑这些观点。

与朴素的传统故事所不同的是，现代物理学渴望人们认真的对待我们这个世界和它的起源故事，把它当作是对大约 138 亿年前真实发生的事情的描述。它完全不是为了弥补无知而做出的诗意尝试，而是在现有的技术条件下，对历史的开端做的精确叙述，这些叙述是建立在经历了许多世纪而产生、得到反复检验的众多证据之上，也就是说，它是建立在严谨的、经过仔细检验的科学理论之上的。

它是唯一一个受到全世界绝大部分科学家认可的起源故事。

不过，由于它建立在证据之上，而新的证据又会不断涌现，因此，这些科学家也很清楚，它的许多细节在未来会发生变化。

因此，区别于传统的起源故事，这套理论并不是固定不变的、绝对的故事，它也从不会宣称自己是完美或者终极的。

大爆炸宇宙学的起源

与神话故事不同，学说讲述的是有“理论支撑”的故事，这个完整的故事需要包括起因、论点、论据、过程和结论等等，尽管有时候，这些因素并不是绝对有效、严谨的。

我们希望了解现代大爆炸宇宙学在过去许多世纪的演化，从而更容易地去理解它。世界各地科学家现在都赞同的一些宇宙学观念，形成于现代欧洲科学革命传统之中。不过，这些观念的根源，可以回溯到起源于古代美索不达米亚、埃及、印度、古典希腊和罗马以及穆斯林世界的数学、科学和宗教思想。现代宇宙学利用了来自非洲-欧亚大陆大多数地区的思想、技术和传统。

宇宙的年龄

在中世纪欧洲，对宇宙起源的解释主要基于两大传统，即基督教神学以及古埃及和古罗马的天文学作品。

基督教是一神论宗教，它承认一位至高无上的上帝的存在，世间万物皆是上帝的作品。从基督教在罗马帝国广泛传播的时候，即公元 3 世纪起，一些神学家便试图确定上帝创世的日期。他们的努力“过程”是“科学的”，因为这种努力建立在他们所知道的最权威的书面文献，比如《圣经》之上。通过使用这种资料，一些早期基督教学者试图通过计算《旧约》所记载的世代来推定创世的时刻。

17世纪50年代的爱尔兰大主教詹姆斯·厄谢尔（James Ussher，1581—1656）对创世日期给出了精确计算。

这些估算得出的结论为：上帝在公元前 4000 年创造了地球和宇宙。

这意味着，在罗马帝国全盛期（中国汉代），宇宙只存在了 4000 多年。

宇宙运行的规律-地心说

地心说（The geocentric theory）是一种认为地球位于宇宙中心的理论。这并不奇怪，在此之前，不要说地球了，很多文化都认为自己所在的区域便是世界的中心。地心说经历了古埃及、古希腊和古罗马的步步传承，最初由米利都学派形成初步理念，后由古希腊学者欧多克斯提出，然后经亚里士多德、托勒密（古希腊地理学家、数学家和天文学家）等人的进一步发展，而逐渐建立和完善起来的。

早期的希腊学者认为太阳是宇宙的中心，地球和行星围绕太阳旋转，托勒密拒绝了这一模型。托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球、行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球“恒星天”。再外面，是推动天体运动的“原动天”。

基督教神学家保留了地心说，并且还认为地球是一个有罪的和不完美的地区；不过，在托勒密的模型中，围绕地球旋转的是一个完美的区域。天层由一些完美无瑕的、晶莹剔透的圆圈构成，其中有恒星、太阳、行星和其他天体。这些圆圈以不同速率旋转，由此解释了从地球上看到的天体运动。

地心说是世界上第一个系统化的行星体系模型。

在基督教世界，大多数学者接受托勒密模型长达 1500 多年。部分原因在于，它得到天主教会的支持。不过，它也很好地解释了天体运动。它也十分符合我们的强烈直觉，即地球是静止不动的。毕竟，如果地球是运动的，你难道不该感觉到这种运动吗？

来自科学的挑战

然而，到了16世纪，托勒密的模型在几个方面受到批评。宗教改革削弱了天主教会的权威。更重要的，乃是托勒密天文学受到了科学的批判。尼古拉斯·哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473－1543）是波兰天文学家，他复兴了一个古老观念，即宇宙的中心是太阳而不是地球。他也能够证明，这个观念可以解决托勒密体系中一些重大的异常现象。比如说，托勒密天文学对行星的“反向”运动——行星的轨道每年似乎有一点点改变——做出了某种不自然的解释。哥白尼表明，如果地球与其他行星都绕太阳旋转，那么，那种反向运动就是意料之中的事情。

此外，德国天文学家约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler，1571－1630）证明，行星的轨道并不是托勒密宇宙学所要求的那种完美圆圈，而是椭圆或受到挤压的圆圈。

最后，意大利学者伽利略·伽利雷（Galileo Galilei，1564－1642）终结了天上地下截然有别的观念。伽利略是最早通过望远镜观察天空的天文学家之一。这样，他就能够指出，太阳的表面根本就不是完美无瑕的，而是带有一些黑点，而木星有着自己的卫星。这两个事实都与托勒密模型相悖。

伽利略还解释了我们为何不能感觉到地球运动。他指出，如果地球上所有事物都向着一个方向（匀速直线）运动，我们就觉得它好像没有运动一样。这一点在当时并不好理解，因为那时并没有能够稳定、匀速前行的交通工具。现在则不同，比如在飞机或高铁上，我们很容易忘记速度的存在。另外很显然，如果你坐在飞机上，并将一颗球抛向空中，它不会以每小时800千米的速度射向后方；而是会垂直落回到你手中，因为你们共享着飞机的向前运动。因此，尽管地球以每小时112000千米的速度在太空运动，我们却感觉不到它在动。

临近17世纪末期，英国物理学家和数学家艾萨克·牛顿（Isaac Newton，1642－1727）表明，理解宇宙根本就不需要托勒密那种复杂的、虚构的天体体系。相反，人们只需要依据少数简单方程式，就能够解释天上和地上物体的运动，不管是行星运动还是苹果落地。他指出，宇宙间存在一种普遍的力，他称之为引力。这种力将所有实物彼此拉近，它的强度与物体的质量成正比，与它们之间的距离成反比。

在所有的科学成就之中，牛顿运动法则是最伟大的成就之一，它们提供了极其简单的方式解释一切运动。许多人认为，这些法则似乎是理解宇宙的关键。

到1700年，很少有科学家把托勒密的宇宙模型当回事。他们都承认，地球绕太阳旋转。他们也相信，整个宇宙可以用牛顿阐述的那种简单科学法则来解释。

到了19世纪初，天文学家们开始使用天文测距技术来测量恒星的视差。

德国著名的数学家和天文学家弗里德里希·威廉·贝塞尔（Friedrich Wilhelm Bessel，1784年7月22日－1846年3月17日， 现代天文学的奠基人之一）于1838年测出了离地球最近的恒星——半人马座α星（比邻星）的距离，测量的结果突破了以前的天文学理论认知，人们意识到，宇宙比以前认为的要大的多。

20 世纪20年代，美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Powell Hubble，1889－1953）综合了多普勒效应和恒星测距等技术来绘制宇宙全景，由此得到的图景完全出乎人们意料。第一个奇特之处在于，宇宙似乎是不稳定的。宇宙中大多数遥远的天体似发生红移（red-shifted）。换句话说，它们似乎正在远离地球而去。这一点是人们没有料到的，因为自牛顿生活时代以来，大多数天文学家认为宇宙是稳定的。

哈勃把对这些天体的运动评估和它们的距离估算结合在一起，发现了更加不同寻常的现象：天体离得越远，红移就越大；换言之，更远的天体似乎在以更快速度远离我们。

这意味着什么呢？这意味着，当在非常大的尺度上观察时，宇宙不同部分似乎正在彼此分离。我们现在知道，引力强大到足以将不同星系团汇聚在一起。就包括银河系和仙女座星系（距离银河系最近的大星系）在内的星系团来说，确实如此，因此，仙女座星系没有离我们远去。不过，哈勃观测的天体更加遥远，在这种更大规模上，星系团彼此之间的距离似乎越来越远。这表明宇宙似乎正在扩张。宇宙各部分就好像手榴弹爆炸产生的碎片一样彼此远离。

如果宇宙是动态膨胀的，那么也就意味着它有一个变化的历史，如果回溯这个历史，即将时间不断向前推，曾经的宇宙也会越来越小，当时间趋近于 0 时，宇宙将缩小为一个“点”！

大爆炸宇宙学

一个令人无比震惊却又符合逻辑的猜想

托勒密的宇宙是微小而稳定的，牛顿的宇宙是庞大和稳定的，而哈勃所描绘的宇宙是十分不稳定的。哈勃的宇宙最初极小，然后不断膨胀，直到它变得非常巨大。

哈勃对宇宙做出现实的描述了吗？或者他的结论只不过是一种光学幻觉？最初，没有人能够给出确定的回答。不过，如果他的描述是现实的，那么，它对我们理解宇宙的历史有着重要影响。1927 年，比利时天文学家、天主教教士乔治·勒梅特（Georges Lemaitre，1894－1966）指出，如果宇宙正在扩张，那么，这意味着它有历史。

宇宙学不是对宇宙的静态描述；它是一门历史性学科，就像人类史那样。他进一步指出，我们还可以就那种历史的形态表达一些重要看法。如果宇宙正在扩张，那它过去肯定比现在小很多。在某个遥远的过去时刻（当时间等于0时），宇宙中的一切事物都被压缩在原子大小的空间中。勒梅特称之为原始原子（primeval atom）。

在天文学家看来，这绝对是一个令人震惊的结论。勒梅特描述了宇宙如何发端于无法想象的一小束能量。如果宇宙的确在膨胀，那么他无疑是正确的。

尽管哈勃的研究为现代大爆炸宇宙学奠定了基础，不过，直到几十年之后，大多数天文学家才接受他的观点。部分原因在于，他的结论初看上去肯定是疯狂的。事实上，英国天文学家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle，1915－2001）于1950年不怀好意地将那种观点描述为大爆炸。霍伊尔从来没有接受大爆炸宇宙学，他只是在一次电台采访中讽刺性地使用了“大爆炸”这个术语。

一开始，很少有天文学家了解哈勃的发现所包含的内容。早期宇宙是什么样的？20 世纪40年代，为建造原子武器而进行的研究，导致逐渐对基本粒子的本质以及它们在极端压力和高温下的活动产生了一些新想法。如果哈勃和勒梅特的模型是对的，那么，那种环境在宇宙历史上肯定早就存在过。

现在的问题是，科学家如何验证早期宇宙的极端环境？

答案是大型强子对撞机。

大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC）

在粒子物理学中，基本粒子是组成世界的最基本的构成单元，我们可以通过探测它们的相互作用和特性来研究物质和空间的基本性质。强子对撞机能够在非常高能的情况下让质子或重离子碰撞，以产生不同类型的基本粒子，特别是产生一些暂时性的、不稳定的粒子。

通过研究粒子的轨迹、能量、电荷等多个性质，科学家可以了解它们的作用方式，验证或推翻物理定律和理论模型，对宇宙的起源和演化做出更深入的研究。

此外，暴露在高能量下的物质行为也反映了宇宙空间在极端环境下的特性；通过对宇宙中发生的高能粒子碰撞和衰变的研究，也可以了解宇宙的起源和演化过程。

大爆炸理论认为宇宙在“奇点”时刻开始膨胀，最终进化成我们现在的宇宙结构。而大型强子对撞机用于加速和碰撞质子和重离子，以此来模拟宇宙诞生之初的极端条件。具体地说，为了模拟宇宙诞生之初的极端条件，亚原子粒子在接收器中被以接近光速的碰撞所击碎，以便发现它们的构成。这好比让两辆高速行驶的汽车发生剧烈碰撞，进而观察汽车的内部构造。在这些实验中，物理学家们试图探查各种基本粒子之间的相互作用和性质，以及各种新的物理现象和规律。这些研究有助于理解宇宙结构的形成和演化过程，进而验证或反驳大爆炸理论的各种假设和预测。

LHC目前已经取得了多项和大爆炸宇宙学相关的成果，以下是其中的一些：

• 发现了希格斯玻色子：希格斯玻色子是大爆炸理论中的一个基本粒子，它被认为是赋予其他粒子质量的关键因素。2012年，LHC的两个主要探测器分别发现了希格斯玻色子的信号，这是一个里程碑式的发现，对大爆炸理论的验证起到了重要作用。

• 研究宇宙背景辐射：宇宙背景辐射是大爆炸（约38万年）时产生的强烈辐射，它是探索宇宙早期演化的重要手段。LHC的一项实验利用宇宙背景辐射的偏振特性，研究了夸克-胶子等离子体的形成和性质，进一步验证了宇宙早期大爆炸模型的一些假设。

• 探索暗物质：暗物质是宇宙学中的一个重要研究方向，LHC的实验也对其做出了一些贡献。研究表明暗物质可能是由一种或多种未知的基本粒子构成，而LHC的一些实验也探测到了一些潜在的暗物质信号，这为暗物质的研究提供了一种新的思路。

大型强子对撞机是研究宇宙的一种手段，而大爆炸理论则是一种解释宇宙形成演化的理论框架，两者相互促进。

随着大爆炸理论的不断完善，以及大型强子对撞机实验所取代的成果，物理学家已经可以讲述一个非常完整的故事了......

一个关于宇宙起源的故事！

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