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第221章 星轨之问（第5页）

“大约150亿年前，”费政老师的声音变得悠远，仿佛在讲述一个古老的神话，“整个宇宙——时间、空间、物质——都聚集在一个极小、极热、密度极高的状态。我们称之为‘奇点’。”

他在点旁边写下“t=0”。

“然后，它开始膨胀。”费政老师说，“不是我们平常理解的爆炸，而是时空本身开始扩张。1929年，哈勃发现星系都在远离我们，而且远离速度与距离成正比——这就是宇宙膨胀的直接证据。”

他在时间轴上向右移动粉笔。

“但随着研究的深入，天文学家发现标准大爆炸模型有些问题。”费政老师停下笔，“比如，为什么宇宙如此均匀？为什么如此平坦？1980年，古斯等人提出了‘暴胀理论’，认为宇宙在极早期经历了指数级膨胀——在极短时间内，宇宙尺寸膨胀了数十个数量级。”

王梅推了推眼镜，轻声说：“那得多快啊……”

“超光速。”费政老师点头，“但这是时空本身的膨胀，不违反相对论。暴胀理论预言宇宙应该是平坦的，而且背景辐射应该几乎各向同性——这两点后来都被观测证实了。”

他继续向右移动粉笔。

“暴胀结束后，宇宙继续膨胀冷却。大约在大爆炸后3分钟，宇宙温度降到约10亿开尔文，氘核得以稳定存在，并迅速引发一系列核聚变，合成了氦-4、氦-3和少量锂-7。”费政老师看向王梅，“这个过程被称为 ‘大爆炸核合成’ ，它产生了宇宙中原初的轻元素。理论预测的丰度，与今天我们观测到的宇宙中轻元素的丰度高度吻合。这是大爆炸理论的第一个关键证据。”

“第二个证据呢？”晓晓轻声问。

“宇宙微波背景辐射。”费政老师说，粉笔停在时间轴上一个位置，“大约30万年后，温度降到约3000开尔文，电子和原子核结合成中性原子，光子开始自由传播。1965年，彭齐亚斯和威尔逊偶然发现了这种均匀的微波辐射——温度2.7开尔文，遍布整个天空。这是大爆炸的‘余晖’。”

他在黑板上写下“cmb: 2.7K”。

“1992年，”费政老师的声音提高了一些，“cobE卫星首次精确测量了它的黑体谱，并发现了微小的各向异性——十万分之一的温度起伏。这些起伏，正是后来星系、恒星、行星形成的‘种子’。”

张明举手：“老师，那这些起伏是怎么变成星系的？”

“通过引力。”费政老师说，“密度稍高的区域引力更强，会吸引更多物质，就像滚雪球。经过几十亿年，这些微小的涨落逐渐放大，形成了我们今天看到的宇宙大尺度结构——星系、星系团、超星系团。”

他停下来，看着黑板上的时间轴：“所以，宇宙起源于一次炽热致密的大爆炸，经历了暴胀，逐渐冷却，形成了原子、星系、恒星、行星，并且至今仍在膨胀。”

周博追问：“那宇宙会一直膨胀下去吗？”

费政老师顿了顿，表情变得微妙。

“这个问题，”他说，“在1996年的今天，还没有定论。”

他在时间轴的右端画了三个分支：一个向上弯曲，一个向下弯曲，一个直线延伸。