旅行到时空边缘系列第二十二章太初(上)。
追溯到宇宙138亿年前的起始状态,我们终于追溯到了宇宙的源头--138亿年前。随着反向追溯宇宙必然会越来越小,最终的源头会是什么样子?这类似要回答那个永恒的追问:"我们从哪里来?"谜底也许永远无法揭晓,但人类可以一步步逼近它。
勒梅特的原初原子。1927年比利时神父勒梅特发表了用广义相对论研究宇宙的第一篇论文,结论是宇宙空间在膨胀。空间的膨胀会使遥远天体射来的光发生红移,红移的大小正比于距离,这实在是非常独到而深刻的见解。这时候哈勃定律还没有发表,然而和勒梅特一贯的谦虚品质一样,他的论文发表在一家默默无闻的刊物上,没有激起一点浪花。

1931年勒梅特又发表了一篇用相对论研究宇宙起源的论文。勒梅特设想一个膨胀的宇宙在过去跟现在一定有很大不同。在很古老的过去,星系与星系之间的距离必定小得多;而在宇宙的最初所有物质必然都聚在一起,那时宇宙的密度肯定非常高,大概跟原子核的密度一样高,勒梅特称之为原初原子。

随着宇宙的膨胀原初原子分裂开来,成为各种原子,这些原子再形成后哈勃定律的发表大大激励了勒梅特的信心。

1931年爱因斯坦访问威尔逊山时,勒梅特专门赶到威尔逊山拜见爱因斯坦,向他陈述自己用广义相对论计算的宇宙初始状态:宇宙从一个"原始原子"开始不断分裂膨胀,如同一颗小小的果实长成一棵参天大树,他并以哈勃的观测为证,说明宇宙是创生于没有昨天的那一天。爱因斯坦说:"这是我所看到过的最美丽的结果"。

而在1927年,爱因斯坦还对勒梅特的膨胀宇宙观感到厌恶。
伽莫夫的原始大火球。美籍俄裔科学家伽莫夫的看法和勒梅特相反,他认为宇宙元素不是由最初"原初原子"分裂而来,而是由最简单的质子中子聚变而来。伽莫夫是个多面手,还是优秀的科普作家,被科普界奉为一代宗师。

伽莫夫还对生物遗传学说有相当造诣,是最早提出遗传密码模型的人。但伽莫夫最擅长的是核物理,这对理解宇宙最初的元素起源非常必要。
伽莫夫认为宇宙最初是由基本粒子组成的一个"原始大火球",温度极高,压强极大,基本粒子几乎全部都是中子。由于空间膨胀,温度随之下降,一部分中子衰变转化为质子,质子和中子通过核聚变形成由轻到重的各种化学元素。

按照理论计算,当宇宙冷却下来后,聚变出来的氦约占全部质量的26%,氢元素约占到74%,其他多种元素只占很小的一部分,这和宇宙实际的元素丰度比基本一致。
伽莫夫的论文1948年4月发表在《物理学评论》上,文章名称为"aBy",这是三个研究者名字--阿尔法、贝特、伽莫夫的第一个希腊字母组合,寓意宇宙的起源。

伽莫夫的理论还作出了一个重要预言:宇宙的空间膨胀一倍,温度会下降一半。宇宙从最初极其高温的状态膨胀到现在,温度已经降到了绝对温度5度,这就是宇宙的背景温度。