大爆炸創造世界理論
① 大爆炸理論是誰提出的,有何依據
世界上最早提出宇宙大爆炸理論的並不是愛因斯坦,而是梅特勒。1894年,喬治梅特勒出生於比利時沙勒羅瓦,後在比利時魯汶大學工程專業學習,趕上了第1次世界大戰,戰爭結束後,他又回魯汶大學攻讀博士,1920年拿到了博士學位,隨後進入神學院又擔任司鐸,接受了神職。
愛因斯坦聽說這個理論之後,認為該理論不成立,他不願意放棄靜態宇宙的觀點。但到了1933年,梅特勒成功說服了愛因斯坦,愛因斯坦稱贊梅特勒的宇宙大爆炸理論為關於宇宙起源解釋的最為優美並令人滿意的假說。20世紀60年代宇宙微波背景輻射理論的發現證明了梅特勒宇宙大爆炸理論的成立。
② 什麼是大爆炸理論主要依據是什麼
1929年,天文學家哈勃公布了一個震驚科學界的發現。這個發現在很大程度上導致這樣的結論:所有的河外星系都在離我們遠去。即宇宙在高速地膨脹著。這一發現促使一些天文學家想到:既然宇宙在膨脹,那麼就可能有一個膨脹的起點。天文學家勒梅特認為,現在的宇宙是由一個「原始原子」爆炸而成的。這是大爆炸說的前身。俄裔美國天文學家伽莫夫接受並發展了勒梅特的思想,於1948年正式提出了宇宙起源的大爆炸學說。
伽莫夫認為,宇宙最初是一個溫度極高、密度極大的由最基本粒子組成的「原始火球」。根據現代物理學,這個火球必定迅速膨脹,它的演化過程好像一次巨大的爆發。由於迅速膨脹,宇宙密度和溫度不斷降低,在這個過程中形成了一些化學元素(原子核),然後形成由原子、分子構成的氣體物質。氣體物質又逐漸凝聚成星雲,最後從星雲中逐漸產生各種天體,成為現在的宇宙。
這種學說一般人聽起來非常離奇,不可思議。在科學界,也由於這個學說缺乏有力的觀測證據,因而在它剛剛問世時,並未予以普遍的響應。
到了1965年,宇宙背景輻射的發現使大爆炸說重見天日。原來,大爆炸說曾預言宇宙中還應該到處存在著「原始火球」的「余熱」,這種余熱應表現為一種四面八方都有的背景輻射 。特別令人驚奇的是 ,伽莫夫預言的「余熱」溫度竟恰好與宇宙背景輻射的溫度相當。另一方面,由於有關的天文學基本數據已被改進,因此根據這個數據推算出來的宇宙膨脹年齡,已從原來的50億年增到100—200億年,這個年齡與天體演化研究中所發現的最老的天體年齡是吻合的。由於大爆炸說比其他宇宙學說能夠更多、更好地解釋宇宙觀測事實,因此愈來愈顯示出它的生命力。
③ 大爆炸理論的主要觀點
大爆炸理論的主要觀點是認為整個宇宙最初聚集在一個「原始原子」中,內然後突然發容生大爆炸,使物質密度和整體溫度發生極大的變化,宇宙從密到稀、從熱到冷、不斷膨脹,形成了我們的宇宙。最初那次無與倫比的爆發就被稱為大爆炸,這一關於宇宙起源的理論則被稱為宇宙大爆炸理論。
根據宇宙大爆炸理論,大爆炸的整個過程大致是這樣的:
第一個階段:是宇宙的極早期「太初第一秒」。這個階段的時間特別短,短到以秒來計。宇宙處於一種極高溫、高密的狀態,除氫核——質子外,沒有任何別的化學元素,只由質子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成。隨著宇宙迅速膨脹,溫度急速下降。
第二個階段大約經歷了數千年,是化學元素形成階段。此時宇宙間的物質主要是氦、氫等比較輕的原子核和質子、電子、光子等,光輻射很強,但沒有星體存在。整個宇宙體系不斷膨脹,溫度很快下降。
第三個階段:是宇宙形成的主體階段,至今我們仍生活在這一階段中。宇宙繼續膨脹,溫度不斷降低。宇宙先後形成了各級天體:宇宙間的氣態物質逐漸凝聚成星雲,並逐漸演化成星系、恆星和行星,再進一步形成各種各樣的恆星體系,成為我們今天所看到的五彩繽紛的星空世界。
④ 大爆炸理論是什麼
自從20世紀20年代,天文學家哈勃發現宇宙正在膨脹以來,「大爆炸」理論一直沒有擺脫被修改的命運。根據這一理論,科學家指出,宇宙的最終命運取決於兩種相反力量長時間「拔河比賽」的結果:一種力量是宇宙的膨脹,在過去的100多億年裡,宇宙的擴張一直在使星系之間的距離拉大;另一種力量則是這些星系和宇宙中所有其他物質之間的萬有引力,它會使宇宙擴張的速度逐漸放慢。如果萬有引力足以使擴張最終停止,宇宙註定將會坍塌,最終變成一個大火球——「大崩墜」,如果萬有引力不足以阻止宇宙的持續膨脹,它將最終變成一個漆黑的寒冷的世界。顯而易見,任何一種結局都在預示著生命的消亡。不過,人類的最終命運還無法確定。因為目前,人們尚不能對擴張和萬有引力作出精確的估測,更不知道誰將是最後的勝利者,天文學家的觀測結果仍然存在著許多不確定的因素。
這種不確定因素又是什麼呢。科學家指出,這一不確定因素涉及到膨脹理論。根據這一理論,宇宙始於一個像氣泡一樣的虛無空間,在這個空間里,最初的膨脹速度要比光速快得多。然而,在膨脹結束之後,最終推動宇宙高速膨脹的力量也許並沒有完全消退。它可能仍然存在於宇宙之中,潛伏在虛無的空間里,並在冥冥中不斷推動宇宙的持續擴張。為了證實這種推測,科學家又對遙遠的星系中正在爆發的恆星進行了多次觀察。通過觀察,他們認為這種正在發揮作用的膨脹推動力有可能確實存在。
⑤ 為什麼說愛因斯坦、霍金等的大爆炸理論把宇宙的產生引向了神創論
神創論認為,地抄球及萬物是襲上帝在大約6000年以前,即公元前4004年10月23日上午9:00
(也有的說是公元前4004年10月22日,不過兩者相差不大)神創造出來的。
大爆炸理論跟這個有關系嗎?時間上就不對了。
⑥ 世界大爆炸理論的內容
大爆炸理論
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根據大爆炸理論,宇宙是由一個緻密緻熱的奇點膨脹到現在的狀態的。大爆炸理論是宇宙物理學(physical cosmology)關於宇宙起源的理論。根據大爆炸理論,宇宙是在大約140億年前由一個密度極大且溫度極高的狀態演變而來的。本理論產生於觀測到的哈勃定律下星系遠離的速度,同時根據廣義相對論的弗里德曼模型(Friedmann model),宇宙空間可能膨脹。延伸(Extrapolate)(數學上同插值(intepolation)相反)到過去,這些觀測結果顯示宇宙是從一個起始狀態膨脹而來。在這個起始狀態中,宇宙的物質和能量的溫度和密度極高。至於在此之前發生了什麼,廣義相對論認為有一個引力奇點(gravitational singularity),但物理學家對此意見並不統一。
大爆炸一詞在狹義上是指宇宙形成最初一段時間所經歷的劇烈變化,這段時間通過計算大概在距今137億(1.37 × 1010)年前;但在廣義上指當今流行的揭示宇宙起源和膨脹的理論。這一理論的直接推論是我們今天所處的宇宙同昨天或者明天的宇宙不同。根據這一理論,喬治·蓋莫夫(George Gamow)在1948年預測了宇宙微波背景輻射的存在。1960年代,這一輻射被探測到,有力地支持了大爆炸理論,從而否定了另一個比較流行的穩恆態宇宙理論(steady state theory)。
目錄 [隱藏]
1 發展歷史
2 理論
3 證據
3.1 哈勃定律和宇宙膨脹
3.2 宇宙微波背景輻射
3.3 原始物質豐度
3.4 星系演變和分布
4 疑點和反對意見
5 這意味著怎樣的未來?
6 哲學和宗教意義
7 外部鏈接
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發展歷史
大爆炸理論是通過實驗觀測和理論推導發展的,在實驗觀測方面,1910年代,維斯特·斯里弗爾(Vesto Slipher)和卡爾·韋海姆·懷茲(Carl Wilhelm Wirtz)證實了大多數旋渦星雲正在退離地球,不過他們並沒有因此聯想到這對宇宙學意味著什麼,也不認為發現的星雲其實是銀河系外的其他星系。同時在理論上,愛因斯坦的廣義相對論成功建立並推出沒有穩定態宇宙。通過度量張量(metric tensor)描述的宇宙不是膨脹就是收縮,愛因斯坦認為他自己解錯了,並加入了一個宇宙學常數(cosmological constant)來進行改正。第一個不使用宇宙學常數,而真正認真將廣義相對論運用到宇宙學中的是亞歷山大·弗里德曼(Alexander Friedmann),他的方程所描述的宇宙稱為Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker宇宙,時間是1922年。1927年,比利時天主教牧師Georges Lemaître獨立推導出Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker方程,並在螺旋星雲後退現象的基礎上提出了宇宙是從一個「初級原子」「爆炸」而來的—這就是後來所謂的大爆炸。
1929年,愛德文·哈勃為Lemaître的理論提供了實驗條件。哈勃證明這些旋渦星雲其實是星系,並通過觀測仙王座δ(Cepheid variable)的星體測算出了他們之間的距離。他發現,星系遠離地球的速度同它們與地球之間的距離剛好成正比,這就是所謂哈勃定律。根據宇宙學的原理,當觀測足夠大的空間時,沒有特殊方向和特殊點,因此哈勃定律說明宇宙在膨脹。這一觀點存在兩種互相對立的可能性:一種是由Lemaître提出,喬治·蓋莫夫(George Gamow)支持和完善的大爆炸理論;另一種則是霍伊爾(Fred Hoyle)的穩恆態宇宙模型(steady state model)。在穩恆態宇宙模型里,新物質在星系遠離留下的空間中不斷產生,從而宇宙基本不變化。其實這個理論的提出是出於諷刺Lemaître的大爆炸理論的,最開始是在1949年通過BBC廣播節目形式傳播的,論文《物質的自然》(The Nature of Things)發表於1950年。
之後的許多年,這兩種理論並立,但觀測事實開始支持一個演變子熱密狀態的宇宙。1965年宇宙微波背景輻射的發現使人們認為大爆炸理論是宇宙起源和演變最好的理論。1970年以前,很多宇宙學家認為宇宙可能在膨脹以前先收縮,這樣可以避免從弗里德曼模型推出一個無限緻密的「荒謬」的奇點。比較有代表性的是Richard Tolman的脈動宇宙模型(oscillating universe)。1960年代末,史蒂芬·霍金等人證明這個假設行不通,因為奇異點是愛因斯坦引力理論的直接和重要推論。之後大多數宇宙物理學家開始接受廣義相對論所描述的宇宙在時間上是有限的。但是,由於對於量子引力規律缺乏認識,現在還不能斷定這個奇異點到底是真正集合意義上的無限小點,還是物理收縮過程可以無限進行下去,從而間接達到宇宙在時間上無限。
現在宇宙物理學的幾乎所有研究都與宇宙大爆炸理論有關,或者是它的延伸,或者是進一步解釋,例如大爆炸理論下星系如何產生,大爆炸時發生的物理過程,以及用大爆炸理論解釋新觀測結果等。90年代後期和二十一世紀初,由於望遠鏡技術的發展和人造探測器收集到大量數據,大爆炸理論又有了新的巨大突破。大爆炸時期宇宙的情況和數據可以計算得更加精確,並產生了很多意想不到的結果,比如宇宙的膨脹在加速。(參看:暗能量(dark energy)。)
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理論
大爆炸理論測算出宇宙的年齡是137±2億年,這一計算是通過對Ia型超新星的觀測,對宇宙背景輻射強度的測量,以及對星系相關函數(correlation function)的測量得出的。這三個獨立測算所得到的結果一致,從而被認為是所謂更詳細描述宇宙中星系性質的Lambda-CDM model的強有力證據。早期的宇宙充滿了同源同性的物質,其溫度壓強能量都極高。隨著膨脹和冷卻,宇宙物質經歷了相變,這種相變與蒸氣冷卻時的凝結過程和水的凝固過程相似,不同之處在於前者發生在更基本的粒子層面上。
普朗克時期(Planck epoch)之後大約10 − 35秒,相轉變引起宇宙產生指數級增長,稱為暴脹(cosmic inflation)。之後暴脹停止,此時宇宙的物質形式是誇克-膠子等離子體(quark-gluon plasma)(同時也具有其他粒子,例如可能含有最近實驗發現的誇克-膠子液體(quark-gluon liquid)),這些物質的運動都符合相對論。宇宙繼續在空間上膨脹,溫度繼續下降。在某一溫度下,一種至今未知的所謂重子相變(baryogenesis)的相變產生,誇克和膠子組成重子,就是質子和中子,同時還在物質和反物質之間產生了不對稱性,這種不對稱性已經被實驗證實。隨著溫度進一步降低,更多無對稱的相變發生,形成了現在的基本粒子和基本相互作用。之後,一些質子和中子結合,組成氘和氦的原子核,這個過程叫做大爆炸核合成(Big Bang nucleosynthesis)。隨著宇宙的冷卻,物質不再依照相對論理論運動,而靜止質量的能量密度以引力形式存在,並超過輻射形式的能量密度。在大約30萬年之後,電子和原子核結合成為原子(主要是氫原子),而物質通過脫耦(decouple)發出輻射並在宇宙空間中相對自由的傳播,這就是今天德宇宙微波背景輻射。
隨著時間的前進,在幾乎是均勻分布的物質空間中,密度稍微大一點兒的區域通過引力作用吸引附近的物質,從而變得密度更大,並形成今天的氣體雲(gas cloud)、恆星、星系和其他天文學觀測到的結構。具體過程決定於宇宙物質的形式和數量,其中形式可能有三種:冷暗物質、熱暗物質和重子物質(baryonic matter)。
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證據
一般來說,大爆炸宇宙學理論有三個觀測基礎:
星系紅移為基礎的哈勃膨脹;
宇宙微波背景的細致測量;
輕物質豐度(參見大爆炸核合成(Big Bang nucleosynthesis))。
另外,觀測到的宇宙大尺度結構(large-scale structure of the cosmos)的相關函數(correlation function)符合標准大爆炸理論。
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哈勃定律和宇宙膨脹
參見哈勃定律。
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宇宙微波背景輻射
參見宇宙微波背景輻射。
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原始物質豐度
參見大爆炸核合成(Big Bang nucleosynthesis )。
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星系演變和分布
參見宇宙大尺度結構。
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疑點和反對意見
宇宙大爆炸理論在其發展的過程中產生了一些疑點和問題,其中有些隨著觀測和理論的不斷完善得到了解決,而成為了歷史,但也有一些問題至今沒有圓滿解決,諸如環形尖點問題(Cuspy halo problem)、冷暗物質的矮星系問題(dwarf galaxy problem)等。有些人認為這些問題並不是大爆炸理論的致命問題,通過大爆炸理論的進一步發展可以得到解決。
大爆炸理論的主要疑點和問題有:
視野問題(horizon problem);
均勻度問題(flatness problem);
磁單極問題(Magnetic monopoles);
重子不對稱(Baryon asymmetry);
球狀星雲的年齡(Globular cluster age);
暗物質;
暗能量。
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這意味著怎樣的未來?
在發現暗能量之前,宇宙學家認為宇宙有兩種未來。如果宇宙物質密度(density)超過臨界密度(critical density),宇宙會在膨脹到最大體積之後收縮,在收縮過程中,宇宙的密度和溫度都會再次升高,最後終結於同爆炸開始相似的狀態——一個緻密緻熱的小球。或者如果宇宙物質密度等於或者小於臨界密度,膨脹會逐漸減速,但永遠不會停止。造星運動會隨宇宙密度減小而逐漸停止,而宇宙的溫度會趨近於絕對零度。黑洞被氣化,宇宙的熵會增加到極點,再也不會有有組織的能量形式產生,這叫做熱寂說(heat death)。如果質子衰變(proton decay)存在,宇宙最後甚至連氫原子這種最基本最多的重子物質都會消失,而只剩下輻射。
但現在在發現加速膨脹宇宙(accelerated expansion )之後,人們有了新的推測:現今可觀測的宇宙將離開我們的視野(event horizon)而同我們失去聯系,最終結果還不清楚。Lambda-CDM model宇宙模型認為宇宙的暗能量以宇宙常數形式存在,並提出只有諸如星系等重力支配系統的物質會聚集,從而同樣推出宇宙膨脹和冷卻到最後將是熱寂說。對暗能量的其他解釋,例如幻影能量理論(phantom energy)則認為星系群甚至星系都會在大分離過程中被「撕」開。
參見宇宙最終歸宿(Ultimate fate of the universe)
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哲學和宗教意義
哲學上,有一些對大爆炸理論詮釋完全主觀和超越科學。一些詮釋企圖解釋大爆炸的原因(第一因),被自然主義的哲學家批評為現代的世界起源神話。一些人相信大爆炸理論支持傳統的世界起源觀點,譬如在創世記所載的,另一些人認為所有大爆炸理論都與傳統觀點不合。
大爆炸理論本身是純粹的科學理論,不與宗教關連。一些基本教義派的詮釋與大爆炸理論所描述的宇宙歷史不相符合,但較接近於自由派的詮釋則沒有沖突。
以下是不同宗教對大爆炸理論的詮釋:
道教的《道德經》中有「道生一,一生二,二生三,三生萬物。萬物負陰而抱陽,沖氣以為和」(42章)的語句。這可以解釋為「道」即宇宙,開始於「一」個奇異點,之後生出正反物質(「二」),從而產生了構成萬物的質子、電子和中子。 萬物都是由於正反粒子相互作用而通過大爆炸的形式產生的。
佛教中宇宙的概念沒有起始點。但是大爆炸理論並不與其觀念相矛盾,因為在大爆炸理論基礎上可以假設一個永恆的宇宙,例如不少禪宗哲學家對脈動宇宙(oscillating universe)特別感興趣。
一些伊斯蘭教學者認為《古蘭經》關於宇宙起源問題的內容與大爆炸理論相符合:「不相信的人不是看到在我們分開天堂和地球之前,它們是相連並一起被創造出來嗎?」(Do not the unbelievers see that the heavens and the earth were joined together as one unit of creation, before We clove them asunder?)(21章30節)而且古蘭經還描述了一個膨脹的宇宙:「我們用能力(power)建造天堂,我們也正在擴大(expand)它。」(The heaven, We have built it with power. And verily, We are expanding it)(51章47節)。在古蘭經里還發現有同宇宙大收縮以及脈動宇宙向符合的經文:「如同我們開始創造天堂一樣,當有一天我們像捲起書卷一樣捲起天堂的時候,我們會再造它。這是一個承諾,一定會這樣的。」(On the day when We will roll up the heavens like the rolling up of the scroll for writings, as We originated the first creation, (so) We shall reproce it; a promise (binding on Us); surely We will bring it about.)(21章104節)
一些基督教教會,包括羅馬天主教教會(Roman Catholic Church)已經接受大爆炸理論,把它作為哲學上宇宙起源的一種描述。庇護十二世教皇(Pope Pius XII)對推廣大爆炸理論很熱心,盡管當時的理論並不完善。
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外部鏈接
宇宙學模型(英文)
取自"http://wikipedia.cnblog.org/wiki/%E5%A4%A7%E7%88%86%E7%82%B8%E7%90%86%E8%AE%BA"
⑦ 大爆炸理論的主要觀點大爆炸理論的主要觀點,越簡單越好
大爆炸理論的主要觀點是認為整個宇宙最初聚集在一個「原始原子」中,然後突然發生大內爆炸,使容物質密度和整體溫度發生極大的變化,宇宙從密到稀、從熱到冷、不斷膨脹,形成了我們的宇宙。最初那次無與倫比的爆發就被稱為大爆炸,這一關於宇宙起源的理論則被稱為宇宙大爆炸理論。 根據宇宙大爆炸理論,大爆炸的整個過程大致是這樣的: 第一個階段:是宇宙的極早期「太初第一秒」。這個階段的時間特別短,短到以秒來計。宇宙處於一種極高溫、高密的狀態,除氫核——質子外,沒有任何別的化學元素,只由質子、中子、電子、光子等基本粒子混合而成。隨著宇宙迅速膨脹,溫度急速下降。 第二個階段大約經歷了數千年,是化學元素形成階段。此時宇宙間的物質主要是氦、氫等比較輕的原子核和質子、電子、光子等,光輻射很強,但沒有星體存在。整個宇宙體系不斷膨脹,溫度很快下降。 第三個階段:是宇宙形成的主體階段,至今我們仍生活在這一階段中。宇宙繼續膨脹,溫度不斷降低。宇宙先後形成了各級天體:宇宙間的氣態物質逐漸凝聚成星雲,並逐漸演化成星系、恆星和行星,再進一步形成各種各樣的恆星體系,成為我們今天所看到的五彩繽紛的星空世界。
⑧ 什麼是大爆炸理論
到目前為止,已有許多解釋宇宙起源的理論。但比較容易被人們所接受的首推大爆炸理論內,該理論認為,大約容150億年前,宇宙間所有的一切物質與能量濃縮在一個不到一角硬幣的空間之內。從這個微小而無限緻密與灼熱的一點,宇宙開始膨脹並逐漸冷卻。
出現在新宇宙中的首批物質,是微小的亞原子質點,它們是一切物質的基石。這些質點很快形成兩種最輕元素的原子,即氫與氦。宇宙過去與現在一直在膨脹,氫與氦的氣體聚集成為巨大的雲層,並最終形成星系。第一批恆星就誕生於這些星系之中。
我們所呼吸的空氣,飲用的水,站立的石頭,製作工具用的金屬,總而言之,我們這個世界的一切東西都從氫與氦演變而來。在垂死恆星的高度緻密、高度灼熱的核心部分,氫與氦聚變出一大批化學元素。其他元素的存在對科學家來說是一個線索,表明在太陽誕生以前,許多恆星已經出生或死亡。
⑨ 在科學世界裡,有沒有什麼理論可以挑戰一般人可能從未聽說過的大爆炸理論
有兩個比大爆炸更重要:量子宇宙論和愛因斯坦的相對論「靜態」宇宙。我說「高人一等」是因為他們合作得很好,甚至和「大爆炸」一起。科學不是競爭或排外的;它是復雜的。他們將宇宙描述為一個整體,而不拉伸科學推理或扭曲任何東西,就像我在上面鏈接的帖子中解釋的那樣,然後為較小的過程提供空間來發展這個整體。一個正確的理論是從事實出發,展示它們是如何一起工作的,做出預測,然後進行測試,最終應用到實際工程中。
許多科學家提出了競爭性的模型。這些模型都沒有梵蒂岡的支持,或與神創論模型相關的文化期望。一個有效的創造模型的開端可以幫助大爆炸(局部)從規范理論和量子色動力學開始,展示物質是如何在光的作用下形成的,如何相互作用,以及如何演變成復雜的物質。它不會偏離焦點,進入復雜的物質。它並非憑空而來——過度應用「大爆炸」的兩個主要問題。
勒梅特爾於1927年出現在公眾面前,當時他的作品看起來就像一個兒童故事,准備向所有媒體發布。每個懂這門語言的孩子都能很容易地理解這個意思。媒體已經受到愛因斯坦的影響,但他太老練了。10年前,愛因斯坦引入了他的靜態模型(愛因斯坦的靜態宇宙)。無可否認,他最初的版本有點混亂,但如果你在宇宙學上沒有犯錯,你就沒有嘗試過。勒梅特啟發愛因斯坦重新思考並嘗試解決這個問題。他花了餘生去嘗試,但他的假設有一些致命的缺陷。
科學上最大的兩個挑戰是摒棄壞習慣(預期與假設)和放慢速度,從基本知識中觀察細節。愛因斯坦最大的缺陷是未能定義時間和空間。他暗示,解決方案圍繞著排放和動力學的概念。如果空間是用一個真實的發射軸來衡量的,那麼時間的膨脹就像一個虛軸來塑造它,並抵抗變化通量。這讓你邁出了第一步,可以開始分析所有不真實的東西,比如吸收線和熵。