韦伯望远镜新发现翻转宇宙起源学说？中国科学院大学王鑫：挑战了大爆炸理论

图源：NASA官网

出品|科技

作者|周锦童

近期NASA发布了一系列有关韦伯望远镜的新发现：二氧化硅颗粒首次在系外行星大气中被发现、观测到木星超强急流等等。然而网络上的一篇名为“韦伯望远镜发现新证据翻转了宇宙起源学说”的文章也引起了网友热议，文中涉及了宇宙微波背景辐射、宇宙膨胀等信息。

对此，科技对话了中国科学院大学天文与空间科学学院王鑫副教授，他亲自辟谣：“这篇文章许多信息是错误的，韦伯空间望远镜工作在近红外和中红外波段，并不工作在微波波段，而宇宙微波背景幅射图是由普朗克卫星绘制的，如果说韦伯望远镜挑战了宇宙大爆炸理论那也是因为发现了高红移且质量大的星系。”

王鑫的主要研究工作就是利用韦伯、哈勃空间望远镜、和未来的中国空间站巡天工程望远镜的数据来研究星系的形成和化学演化，此外他的研究还包括高红移星系中星际介质的物理性质、宇宙再电离过程、第一代恒星的搜寻等。

王鑫曾参与过许多先导项目，作为原创成员，NASA会给予他们时间提出项目来检验韦伯望远镜的一些性能。

对此，王鑫也做了简单介绍：“我们的研究聚焦于一个星系团的中心场，距离我们的红移是0.3，然后我们通过它的引力透镜效应去研究背景星系就可以更精确地空间分辨出那些背景星系，因为引力透镜具有放大效应，所以可以让原本看不到的星系出现在我们视野里被探测到，通过这些宝贵数据，我们发现了目前红移最高（红移8）的原初星系团，也找到了目前最有可能包含第一代恒星的星系。”

对于所谓的第一代恒星，王鑫也做了详细解释，整个宇宙的演化历史是先出现大爆炸，大爆炸之后有爆胀，爆胀经过了差不多38万年后，质子和电子并合形成氢原子充斥整个宇宙，使得整个宇宙就暗黑下来。

那么宇宙是如何变得透明起来的呢？王鑫表示，宇宙大爆炸之后几亿年开始或者几千万年开始第一代恒星形成，然后这些恒星几乎是完全由氢和氦组成的，里面基本上就没有金属元素。

因为那时不存在恒星的核反应，整个宇宙的元素丰度就是氢和氦，以及一些少量的锂和铍，这些主要由氢和氦组成的大质量恒星，也就是第一代恒星的质量非常大，可能是几百个太阳质量，但它们的寿命又非常短，可能就是几百万年。之后它们进行非常剧烈的核反应活动，产生了第一代金属元素。

所谓的金属元素就是比氦核素更高的元素，像氧、碳、氮等，有了第一代恒星之后恒星形成活动，包括星系介质的化学增峰活动才能稳步地进行开来，然后渐渐的整个宇宙由于这些恒星释放出的电离氢的辐射才开始透明起来。

针对近期韦伯望远镜发现的原初星系团，王鑫表示这可以推断出宇宙的起源和形成。“研究原初星系团是从什么时间开始诞生的，这么大的一个引力束缚系统最早起源于宇宙诞生的什么时候，对于研究超大质量星系团和成员星系和的演化的历程很有帮助。”王鑫如是说。

此外，王鑫表示，韦伯望远镜也能够帮助我们更好地了解暗物质和暗能量。通过引力透镜效应可以刻画星系团或星系尺度以及极小尺度下面远离暗物质的星系的一些具体分布，通过引力透镜可以得到整体的物质分布，然后再减去可见光的部分就可以得到暗物质的分布，王鑫称这可以检验和模型是否一致。

那么宇宙大模型结构的形成和演化与暗物质和暗能量也存在关系吗？王鑫解释道：“暗物质或暗能量，它是Lambda-CDM宇宙学框架里面的一些参数，本身就是处于这个理论的框架里面的，它们都是都是紧密相连的。”

此外，韦伯望远镜对于研究这些近邻星系的前身是如何演化出来的也非常有帮助。王鑫表示：“打个比方，就是我们不只想知道它现在的状态如何，还想知道它小时候的状态，这是一个演化路径，而这些都只能通过韦伯望远镜的观测做到。”

通过韦伯望远镜观测宇宙膨胀速度存在参数的简并性。哈勃常数代表宇宙膨胀的速度，暗物质、暗能量都是这个宇宙学标准模型里面的参数，这些都是相互简并的，也就是说定下来这些参数的取值，宇宙在红移多少的时候，就是距离我们多远的时候的膨胀速度就是定下来的，所以说这里面的所有参数都是相互简并的。

“那对于哈勃常数的测量也会影响宇宙膨胀的速度，或者换句话来讲，哈勃常数一旦定下来呢，宇宙膨胀的速度在Lambda-CDM的框架下就定下来了，所以不止韦伯望远镜，其他的一些小型望远镜其实都可以用来测量哈勃常数，那测量出哈勃常数之后就基本上锁定了宇宙膨胀的速度。”王鑫如是说。

谈及加拿大科学家Gupta“宇宙年龄被拉长两倍”的研究，王鑫也发表了自己的看法，“我觉得这个工作只是一家之言，还没有被证实，所以并不准确，只能说是对Lambda-CDM这个标准宇宙模型的修正。”

图源：NASA官网

然而韦伯望远镜的种种发现对于普通人来说的我们究竟有哪些意义呢？王鑫用了康德的一句话作为概述：唯一能打动我的就是头顶的星空和心中的道德律令。他表示：“其实对普通人的柴米油盐确实没有什么意义，就比如发现二氧化硅颗粒，即使在宇宙中发现了金矿银矿其实也没有什么实际的经济效益，但是这是人类求知的过程。”

“天文是一个能够陶冶人情操的学科，而且正赶上韦伯这种划时代空间望远镜能带给我们一批批爆炸性科学成果的时候，我想这能够帮助人们认识宇宙，拓宽人类认知领域的边际。”王鑫如是说。

此外，作为一名天文工作者，王鑫表示他的责任就是要在某些科学发现出现后向公众及时地去传播。“为大家提供正确的认知，让大家准确地理解这些新发现是我义不容辞的责任。”王鑫如是说。

对话最后，对于此前讨论非常火热的是否存在地外生命的话题，王鑫也发表了看法，他表示：“从概率的角度来讲，有地外生命应该是很有可能的事情。”

他进一步解释道：“我们都知道费米悖论，就是假如银河系有多少颗恒星，然后一个恒星系统里面有多少行星，按照存在的条件相乘，那得到的能产生人类这种等级生命的行星数目应该是几千亿颗，因为一般来说像银河系这么大的星系里面就有几千亿颗恒星，如果一个恒星系统至少有一颗处于宜居带的行星的话，那就意味着有几千亿个机会能产生生命。”