大霹靂

大霹靂示意圖

大霹靂（英語Big Bang），又名大爆炸，天地初開之象也。是時極密極熱，猶火球之裂；雖原子之細，猶不能存。須臾而冷，乃為元素；久而凝聚，乃成星辰；宇宙遂成，於是天地乃廣，逾億萬年而成今日之象。

其說萌於一九二〇年代，而盛於一九六五年之後。理本相對之論，徵在星系之離；名起廣播之談，證於微波之遺。今世論宇宙之所由來者，多宗此說；然其精微之處，諸家猶未盡合也。

古說

天地之所由始，華夏先民，嘗推而言之。《淮南子·天文訓》曰：「天墬未形，馮馮翼翼，洞洞灟灟，故曰太昭。道始于虛霩，虛霩生宇宙，宇宙生氣。氣有涯垠，清陽者薄靡而為天，重濁者凝滯而為地。」《列子·天瑞》曰：「有太易，有太初，有太始，有太素。太易者，未見氣也；太初者，氣之始也；太始者，形之始也；太素者，質之始也。」又曰：「清輕者上爲天，濁重者下爲地，沖和氣者爲人。」淮南言氣有涯垠，列子言氣形質具；清者上浮為天，濁者下凝為地。二書所論，皆以清濁既分，而天地乃定。

《藝文類聚》引徐整《三五曆紀》，其言曰：「天地混沌如雞子，盤古生其中，萬八千歲，天地開闢，陽清為天，陰濁為地。」同卷又引《渾天儀》，謂天如雞子，天大而地小，此渾天說之屬也。《周易·坤·文言》則曰：「夫玄黃者，天地之雜也，天玄而地黃。」或以虛霩為始，或以太易為端；或言卵剖而判，或言氣分而升。本篇借「玄黃」之辭以喻天地，蓋取諸此；非謂古說即今說也。

創說

若夫洪荒之世，未有人也。然創世之事，何以知乎？蓋格致家推算於前，天文家測候於後，乃得之也。一九一五年，愛因斯坦刊廣義相對論，其理所示之宇宙，非縮則脹；愛氏不欲其動，乃於方程增宇宙常數以止之。理已示其不靜，人猶守其恆常；其後愛氏自以為大誤。

傅里曼之像

一九二二年，俄國格致家傅里曼（俄語 Александр Фридман），據廣相論之方程，始得其動解，明宇宙可以膨脹。其文殆純乎算理，未及星系之測；然文中已論創世以來所歷之時，謂上溯至宇宙聚於一點之際。傅氏推之以算，未證以測；後人驗之以天，乃徵其實。其功之大小，諸說不一，詳見疑義。

一九二七年，比利時天文家勒梅特（法語 Georges Lemaître），刊文於《布魯塞爾科學會年刊》，復得傅氏之動解，推得遠方星系紅移之量，與其距離成正比，又據已刊之數，算宇宙膨脹之速。然刊物罕傳，文用法語，當時天文之家，多未之聞。一九三一年，勒氏應英國皇家天文學會月報之邀，自譯其文為英語，而刪其推算膨脹之速一節。文刊小冊，世少知之；譯為英語，自刪其算。同年五月九日，勒氏致書《自然》，以為宇宙之始，可想為獨一之原子，依量子之理而裂。其後勒氏稱其說為原始原子之假說，又以煙火喻之。勒氏者，天主教之司鐸也。

一九三三年一月，密立根、勒梅特、愛因斯坦會於加州理工學院

哈勃一九二九年所刊之圖，列河外星雲之距離與視向速度

一九二九年，美國天文家哈勃（英語 Edwin Hubble），刊文於《美國國家科學院院刊》，立河外星雲距離與速度之線性關係；一九三一年，復與赫馬森（Humason）增其速度之數。其文既出，宇宙膨脹之律，遂以哈氏名之。勒、哈二氏，嘗同與一九二八年七月萊頓之國際天文學聯合會大會，論星雲紅移與距離之關。勒氏推之於理，其文晦而不彰；哈氏得之於測，其名顯而遂著。二〇一八年，國際天文學聯合會議於維也納，其後會員投票，贊同者七成有八，建議改稱哈勃—勒梅特定律，以彰二氏之功焉。

一九四六年，伽莫夫（George Gamow）合元素之生成與傅里曼之方程，其後與阿爾弗（Ralph Alpher）、赫爾曼（Robert Herman）相繼推演，以為宇宙之初，乃極熱極密之核物質。伽莫夫少時，嘗受業於傅里曼。一九四八年，阿爾弗、貝特、伽莫夫三人具名，論化學元素之所由生；貝特之名，乃伽莫夫戲加，貝特初不之知。同年阿爾弗、赫爾曼論宇宙之演，推其初熱遺留之輻射，至今當約開爾文五度。元素之生，推諸核反應；遺光之溫，計以開爾文。然其預言，當時以為終不可測，遂見忘於世。

同年，邦迪（Hermann Bondi）、戈爾德（Thomas Gold）倡宇宙恆穩之論，霍伊爾（Fred Hoyle）亦別立新模，主物質續生之說。一九四九年三月二十八日，霍氏講於英國廣播公司第三台，稱他家之說，皆以宇宙萬物，創於遠古某時之一大霹靂；不及半月，講辭全載於《聽眾》週刊。大霹靂之名，自此始。先是一九二八年，愛丁頓（Arthur Eddington）論宇宙之始，自言身為格致之士，不信宇宙始於一響；克拉夫以為大霹靂之名，其半已見於此。一主恆穩，謂物續生；一主肇始，謂世有元。五十年代之末，賴爾（Martin Ryle）以射電之測，似與恆穩之說相悖，霍、賴二氏，終成宿怨。兩說相持，自一九四八年至一九六五年，久而未決。

明徵

觀乎諸星系，所得光譜，多有紅移之象。何以故？天文家哈勃等，究之越年以證其道理。一九二〇年代，天文家得用加州威爾遜山之巨鏡，乃知星系幾皆遠我而去，愈遠者去愈速。光源遠去，則其波引而長；波愈長，則其色愈赤，故曰紅移。近者行徐，遠者去疾；距離倍之，速率亦倍。瑞典皇家科學院釋之，以為星系相離，猶糕中葡萄之乾，入爐而漲，彼此日遠，其理之根，蓋宇宙之脹耳。

新澤西州霍姆德爾之號角天線，攝於一九六二年六月；一九六四年，彭齊亞斯、威爾遜以之得宇宙微波背景輻射

一九六四年，美國貝爾電話實驗室之射電天文家彭齊亞斯（Arno Penzias）、威爾遜（Robert Wilson），以新澤西州霍姆德爾之號角天線，測波長七公分上下之微波，得背景之輻射，四方均等，不隨晝夜寒暑而變，其強當天線之溫開爾文三度。是為宇宙微波背景輻射，蓋玄黃之遺物也。一九六五年，二氏刊其所測，迪克（Robert Dicke）、皮布爾斯（James Peebles）等普林斯頓大學之士，同時刊文，以為此乃宇宙初熱之遺光。前人推之於算，後人得之於天；預言之溫五度，實測之溫三度。大霹靂之說，由是遂成顯學。一九七八年，二氏以此膺諾貝爾物理學獎；頒獎之辭以為，自此以往，宇宙之學，可以實驗觀測驗之矣。

由此觀之，遂知太初之時，當有能絕光子之路者，極熱等離子也；冷而為氫，光遂可透宇宙耳。蓋宇宙初生，氫但為質子、電子，散光如霧中之滴；凡三十八萬年，宇宙脹而漸冷，乃合為中性之氫，光始得暢行，今所見之微波背景，即其遺光也。電子游離，則光為之散；原子既合，則光得其通。原子既成，宇宙久無新光，學者謂之暗世；其後氫雲受引力而聚，始聚為恆星。

太初核合成之主要反應

太虛之內，富有元素，輕者為多。宇宙之初，氫居七成有半，餘皆為氦，他元素微乎其微。輕元素之生，在宇宙最初數秒之間，四力交作而成之。中子一而質子七；中子幾盡入於氦，故氦之質，約居四分之一；氘與氦三，以數計約十萬分之一，鋰尤少焉。其重者，則多成於恆星之中；一九五七年，伯比奇二氏與福勒、霍伊爾撰文，詳論恆星合成諸元素之理。輕者成於初元，重者煉於星火，此元素多寡之所以然也。

威爾金森微波各向異性探測器九年所測全天微波背景之圖，二〇一二年十二月刊；色之異者，溫之微差也

其後測候之器，益臻精微。一九八九年，美國太空總署發宇宙背景探測衛星（COBE）；馬瑟（John Mather）、斯穆特（George Smoot）據其所測，得背景輻射合於黑體之譜，又得其溫之微異。二〇〇六年，二氏共膺諾貝爾物理學獎。瑞典皇家科學院謂其所測，唯大霹靂之說能預言之，宇宙之學，自此始為精確之科。初測其溫，僅得大概；後窺其微，乃見纖毫。二〇〇九年，菲克森（Fixsen）綜諸家之測，定背景之溫為開爾文二點七二五四八度。歐洲太空總署之普朗克衛星繼之，其終測之論，刊於二〇二〇年，推宇宙之齡約一百三十七億八千七百萬年，上下不過二千萬年。

一九八一年，古斯（Alan Guth）倡暴脹之說，以為視界、平坦二難之解。一九九八年，珀爾馬特（Saul Perlmutter）、施密特（Brian Schmidt）各領一隊，里斯（Adam Riess）亦與其事；二隊各觀遠方之超新星，所得相若，乃知宇宙之脹，初則漸緩，後乃愈疾；二〇一一年，三人以此膺諾貝爾物理學獎。推其所以然者，謂之暗能量，居宇宙七成以上，至今未明其性。大霹靂存乎瞬間，爾後宇宙乃廓，正合此等象耳。

疑義

大霹靂之名，世多謂霍伊爾以之譏人；斯穆特與戴維森之書，亦云霍氏本有貶意。克拉夫考之，以為霍氏當時，但以為貼切之語，後亦自言本無貶意；又阿爾弗、赫爾曼追述伽莫夫與霍氏辯於廣播之事，實無其事。名出一時之談，譽待廿年之後。名之褒貶，固難以一言定也。

或尊傅里曼為大霹靂宇宙論之父。克拉夫以為傅氏之文，於早期宇宙之密度、溫度，一無所論，以大霹靂讀之，乃後人之誤；宇宙膨脹之說，傅氏未嘗斷之，斷之者勒梅特也。其以宇宙之初為獨一之原子而裂者，則始見於勒氏一九三一年之書；一九二七年之文，猶未及之。膨脹之律，國際天文學聯合會之議，其辭但云建議改稱而已。得解者傅，斷脹者勒；測律者哈，名說者霍。功之所歸，論者各執其說。

勒梅特以煙火喻宇宙之始，亦自知其喻有失；煙火散於外空，原子脹無外域。瑞典皇家科學院亦謂，時與空皆始於斯。故霹靂、爆炸之名，取其意象而已，非謂爆於既有之空間也。

測候愈精，異同亦見。普朗克衛星據微波背景推宇宙今時之脹率，每百萬秒差距，每秒六十七點四公里；里斯等以造父變星為梯，測之得七十四點零三，二者相去，至四點四個標準差，或謂當有新理存焉。氘氦之數，與推算合；鋰七之數，與觀測違。暗能量之性，至今未明，或稱今世物理之大謎。諸說並存，以俟考焉。

據

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