一波三折的大爆炸宇宙模型，最终被接纳，怎么做到的？

　　科学史上故事很多，今天老郭不想给大家分享那些励志奋斗的感人故事，而是要给大家分享一件趣事：神父提出的宇宙火球模型，被反对者讥讽为＂大爆炸模型＂，后来火球模型逐渐被实验观测所证实，这个曾经被大家用来讥讽的名称＂大爆炸模型＂反而被学术界沿用了下来。下面我们就来介绍一下这个＂神奇＂的过程
　　背景知识：宇宙学原理
　　爱因斯坦在创立了广义相对论后，当然是希望能够把这个理论应用于其他科学领域的研究。很显然，由于引力几乎是电磁力的10^37分之一，这个理论不会在量子层面产生重大的影响。而在宇宙中，引力的作用是主要的，所以把广义相对论用在宇宙学的研究中就是非常适合的。
　　由于光以有限速度传播，所以我们看到的宇宙即是空间也是历史。天文学的观察表明，无论远近，星系团都是均匀各向同性分布的。由于越远的星系团，它们的图像越古老，这表明星系团不仅仅是现在均匀分布着，而且过去也是如此。
　　爱因斯坦就是基于这样的观测事实，总结出一条原理：在宇观尺度上（10^8光年以上），宇宙中的物质始终均匀各向同性地分布着。这就是宇宙学原理。
　　第一波：静态宇宙模型
　　从宇宙学原理来说，宇宙在大尺度上考虑是静态的，也就是说是一个不随时间变化的。这样，就可以利用爱因斯坦场方程来求解出宇宙模型。
　　这个方程由10个二阶非线性偏微分方程组成的方程组，可以确定10个决定时空几何性质的未知函数。由于方程组内有4个恒等式，所以独立方程是6个。再加入4个与坐标系选择有关的微分方程作为＂坐标条件＂，这样，独立方程仍然是10个。
　　10个方程10个未知函数，正好匹配。但求解微分方程必须要有初始条件和边界条件，换句话说，我们必须要知道求解的宇宙最初始的情况和边界情况。对于一个静态宇宙，那么过去和现在一样，初始条件就可以选择现在的状态。
　　但是宇宙的边界是什么样？这个问题就回答不出来了。爱因斯坦构想了一个＂有界无边＂的宇宙，既然没有边，也就不需要有边界条件了。所谓的有界无边就是一个类似球体这样的三维空间，时间是无始无终的。
　　第一折：爱因斯坦宇宙项
　　有了前面的＂有界无边＂的设想，爱因斯坦就开工了。然而，经过艰苦的努力，他仍然得不到自己想要的结果。后来他终于明白了，广义相对论是万有引力定律的推广，而引力只有吸引力没有排斥，这样的模型是不可能稳定的，也就不可能是静态的。
　　要想得到不随时间变化的静态宇宙模型，必须在场方程中引入＂排斥效应＂，这就是后来爱因斯坦在场方程增加的所谓＂宇宙项＂。在宇宙项的引入之后，爱因斯坦得到了自己的有界无边的静态宇宙模型。
　　第二折：膨胀宇宙模型与脉动宇宙模型
　　1922年，前苏联数学物理学家弗里德曼，用爱因斯坦最早的场方程（不包含宇宙常数那个场方程），求出了一个严格解，这是一个动态的脉动或膨胀的宇宙模型。由于与静态宇宙解有矛盾，所以爱因斯坦认为这篇文章有误，不能发表。
　　弗里德曼不得不将这篇文章发表在德国一个不太知名的数学杂志上。虽然文章发表了，但是并没有引起学术界的注意。
　　1927年，比利时神父勒梅特也得到了类似膨胀或脉动的宇宙模型。
　　第三折：＂宇宙蛋＂与宇宙演化论
　　为了解决＂上帝＂是怎么创造宇宙这个问题，勒梅特用热力学分析认为，最初的宇宙是一个熵极小的状态，是一个＂宇宙蛋＂，这个蛋＂爆炸＂膨胀、混乱度不断增加，熵也就在不断增加，最终演化成了我们今天这个宇宙。
　　所以在勒梅特神父看来，＂上帝＂最初创造的并不是我们今天这个宇宙，而是最初的那个＂宇宙蛋＂，然后这个＂蛋＂爆炸，演化成了今天这个样子。
　　两年以后，也就是1929年，美国天文学家哈勃通过天文观测得到了哈勃定律，该定律表明宇宙确实在膨胀。
　　弗里德曼和勒梅特的工作得到了学术界的认可，爱因斯坦也最终接受了宇宙膨胀模型是对的，表示愿意放弃自己的静态模型，并且宣布自己的在场方程中加入宇宙项错误，1915年提出的不包含宇宙项的场方程才是唯一正确的广义相对论基本方程。
　　爱开玩笑的俄国物理学家加莫夫带着他的学生阿尔法开始研究宇宙膨胀模型，由于研究所里面还有一位叫做贝特拉的核物理学家，加莫夫就把他也拉到团队中来，这样三个人的名字就很像阿发、贝塔、伽马（α、β、γ）。
　　1948年，加莫夫以α、β、γ的名义，联合发表了关于火球模型的论文。在论文中，他提出了宇宙演化的火球模型。这个模型认为，宇宙是从最初的核火球，在爆炸中膨胀开来，并且逐渐降温，核子与电子结合成原子、分子。
　　最初的元素以氢为主，包含少量的氦，慢慢聚集成原始的星云，并进一步形成恒星。组成恒星的气态物质不断收缩，在引力的作用下转化为热能，大的恒星温度可以高到上千万度，从而引发核聚变反应，形成发光的恒星。
　　加莫夫认为，宇宙膨胀是一个不断降温的过程，但是在有限时间内温度不会降到绝对零度。他认为当前宇宙中还应该存在大爆炸的余热，他估算这一余热的温度约为5K左右。
　　加莫夫的另一个预言是宇宙中氦的风度，他通过计算，认为如果自己提出的火球模型正确，宇宙中的元素应该有大约四分之一是氦。
　　嘲笑成真
　　嘲笑这个火球模型的人讥讽加莫夫的宇宙模型为＂大爆炸宇宙模型＂，后来由于哈勃等人的工作，使得加莫夫的预言被实验观测所证实，于是＂火球模型＂被众多科学家们所接纳。当初用来嘲讽加莫夫的＂大爆炸模型＂这个＂名称＂也被学术界给沿用了下来。
　　勒梅特与加莫夫的大爆炸模型意义重大，因为它首创了宇宙演化的观念，虽然我们今天的大爆炸模型已经被不断改进发展，但是这个模型的基本框架和宇宙演化、进化的思路一直都被沿用下来。
　　结束语
　　跌宕起伏的宇宙大爆炸学说最终确立的故事只是科学发展中众多历史事件的一个片段。我们追溯历史，就不难发现科学发展的艰难，同样我们应该从科学史中找到科学研究方法的精髓：实验观测证明。
　　从实际出发，从观测事实出发，就连爱因斯坦也不得不接受客观的检验。对于爱因斯坦能有勇于承认自己的错误，我是非常的钦佩。他建立的错误的静态宇宙模型，这一点点小的瑕疵不能遮蔽他的光芒。
　　补充资料：有三个观测结果支持大爆炸宇宙模型：1）哈勃定律；2）宇宙中氦的丰度；3）微波背景辐射。
　　亲爱的小伙伴们，看完了宇宙大爆炸模型的故事，你们有什么想说的吗？欢迎大家在下面的评论区留言参与。