宇宙大爆炸理论如何解释宇宙演化 揭示宇宙大爆炸理论

宇宙大爆炸理论如何解释宇宙演化 揭示宇宙大爆炸理论

宇宙大爆炸理论如何解释宇宙演化





我们的宇宙是怎样产生的?又是怎样演化的?时间有没有始终?空间有没有边界?宇宙的未来命运是什么?人类在宇宙中究竟处于什么地位?历来是人们理想追求的永恒目标,也一直在困扰着我们。科学家们提出了各种假说,其中,相当一部分人接受了宇宙大爆炸理论。

大爆炸理论(BigBang)又称大爆炸宇宙学,是当代关于宇宙起源的理论。也是现代宇宙学中最有影响的一种学说。与其他宇宙模型理论相比,大爆炸宇宙学更能说明一些观测事实。其主要观点是,认为我们的宇宙曾经有过一段从热到冷的演化过程。宇宙并非静止的,而是在不断地膨胀,物质密度从密到稀,就如同一次巨大的爆炸一样。


乔治·勒梅特乔治·伽莫夫


1927年,比利时天文学家乔治·勒梅特首次提出了“大爆炸”的概念,认为宇宙开始于一个极小的原始“超原子”(现称为“原始火球”)的灾变性爆炸。1948年,美籍俄裔天体物理学家乔治·伽莫夫将广义相对论引入到宇宙理论中,提出了宇宙起源的大爆炸模型,其理论出发点是埃德温·哈勃发现的星系退行速度与距离的关系。既然各星系目前正在彼此退离,那么它们过去必然是彼此互相靠近的。照此追溯下去,大约150亿年(近年来修正为137亿年)前的某一时刻,一个密度极大、温度为10(32次方)K、尺度为10(负36次方)的“原始火球”爆炸,这个无限小点称为“奇点”。从这里诞生了时间和空间、质量和能量,于是宇宙从“无”中诞生。而爆发之“前”,时间和空间毫无意义,因为时间和空间是从奇点开始的。


埃德温·哈勃 阿尔伯特·爱因斯坦




在10(负34次方)秒的极短时间内,宇宙膨胀了10(100次方)倍。极大热能的一部分转化为物质和反物质,包括夸克、反夸克、电子、反电子等基本粒子。物质和反物质碰撞而湮灭并放出光。由于物质远远多于反物质,在10(负5次方)秒后,剩余的物质随着膨胀减速和温度下降,夸克凝聚成中子和质子,进而形成氢核与氦核。此后的30万年间,温度继续下降至5000~4000K,原子核捕捉到曾经无序飞散的电子,构成原子。宇宙变得不透明,进入黑暗时代,这样持续了大约9亿年。

此时的宇宙大体上是均匀的,但也存在大约10万分之一的不均匀度。这导致物质凝聚,形成恒星,聚集成星系,星系集结成星系团,更进而聚合成超星系团以及介于其间的超级空洞。现在我们能够通过各种手段观测到的距离100多亿光年宇宙深处的天体,就是宇宙大爆炸后形成的原始天体。

宇宙大爆炸学说曾预言,宇宙中到处存在“原始火球”的“馀热”。1948年,阿尔法和赫尔曼通过理论分析,推算出早期的极高温经过100多亿年,已经下降至5K。1965年,美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊在进行通信卫星用天线的实验时,发现了均匀的3K微波背景,就是弥漫于宇宙各个角落的原始火球辐射遗迹,称为宇宙微波背景辐射,从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。

宇宙微波背景辐射

大爆炸学说能较好地解释一些观测事实,也显示了一定的生命力,并且成为目前关于宇宙形成、演化的主流学说。因而取代了另一个比较流行的稳恒态宇宙理论。

弗雷德·霍伊尔

稳恒态宇宙理论是英国天体物理学家赫尔曼·邦迪、汤姆·戈尔德和弗雷德·霍伊尔在1948年提出的。他们的观点是:在相对论中时空是统一的,既然宇宙学原理认为所有的空间位置都是等价的,那么所有的时刻也应该是等价的。即天体的大尺度分布不但在空间上是均匀的和各向同性的,而且在时间上也应该是不变的。但他们主张物质和能量不守恒。这一原理曾被称为“完全宇宙学原理”。

然而,至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持,而且无从知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的情景。宇宙既然从“无”中诞生,难免会再死亡而归于“无”。这些都是现在无法解决的难题。会不会再一次“大爆炸”,或者死寂后,再聚合,产生第二代(或下一代)宇宙?对过于遥远的事,无法揣测。至于存在多个宇宙,以及由“虫洞”相连接等等,只能说仍处于假说阶段而已。

大爆炸宇宙学说曾长期遭到冷遇。近年来这一学说再次遭到了相当一些科学家的非议。更有人公开宣战,认为大爆炸学说是最大的伪科学。

有关其他宇宙假说、学说、模型,我将在以后继续介绍。





链接:(录自百度)

大爆炸开始时:150-200亿年前,极小体积,极高密度,极高温度。

  大爆炸后10 -43 秒:宇宙从量子背景出现。

  大爆炸后10 -35秒:同一场分解为强力、电弱力(?)和引力。

  大爆炸后10 -5 秒:10万亿度,质子和中子形成。

  大爆炸后0.01秒:1000亿度,光子、电子、中微子为主,质子中子仅占10亿分之一,热平衡态,体系急剧膨胀,温度和密度不断下降。

  大爆炸后0.1秒后:300亿度,中子质子比从1.0下降到0.61。

  大爆炸后1秒后:100亿度,中微子向外逃逸,正负电子湮没反应出现,核力尚不足束缚中子和质子。

  大爆炸后13.8秒后:30亿度,氘、氦类稳定原子核(化学元素)形成。

  大爆炸后35分钟后:3亿度,核过程停止,尚不能形成中性原子。

  大爆炸后30万年后:3000度,化学结合作用使中性原子形成,宇宙主要成分为气态物质,并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块,直至恒星和恒星系统。

  

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