大爆炸理论

大爆炸理论
乘座过火车的人可能都有这样的经验，当一列火车迎面驶来时，我们会觉得汽笛的声音非常尖锐；而当火车经过身边远离我们而去时，汽笛的声音会突然变得低沉，这是一个多普勒效应的实例。

根据爱因斯坦相对论原理可以推出，辐射源向观测者方向运动时，其辐射波的波长将变短；而辐射源远离观测者而去时，其辐射波的波长将变长，这就是多普勒效应。

把多普勒效应原理应用到天体的观测中，当天体远离观测者而去时，其辐射光谱谱线的波长将变长，向红端移动；反之，如果天体向观测者靠近，其辐射光谱谱线的波长将变短。

根据这一原理观测的结果大大出乎天文学家的预料，他们发现，所有的星系全都远离我们而去，其退行速度达到每秒数千千米。

天文学家把远离我们而去的星系退行现象称为红移。

30年代，美国天文学家哈勃在对比研究各星系的红移资料时发现，距离我们越远的星系，其退行的速度越大，即红移的大小与星系的距离成正比。

这一红移和距离的关系被称之为“哈勃定律”。

根据这一定律可以想象，观测者不论位于宇宙的什么地方，其观测结果都是相同
的，所有的星系全都远离观测者四散
而去。

哈勃的这一发现使人们对宇宙
有了一个全新的认识，宇宙并不是静
态的，永恒不变的，而是动态的，膨
胀的。

1946年俄裔美国天文学家加莫
夫根据宇宙膨胀的现象提出了大爆
炸学说，即宇宙起源于150亿年前的
一次大爆炸（图2－5）。

大爆炸发生
后的大约10－43秒，宇宙进入了“普
朗克时代”，这个时代的物质密度、
空间尺度、时间经历都处于极限状
态，温度可达1032K；当温度下降到
1013K时，宇宙进入了“强子时代”，图2－5 大爆炸宇宙模型示意图
这时的宇宙有大量的质子、中子和其
它粒子发生强相互作用；大爆炸之后大约1秒，宇宙进入“轻子时代”，以电子、中微子和其它粒子发生弱相互作用为特征，并辐射出光子；大约1分钟后，宇宙进入“辐射时代”，此时的温度仍高达1010K，光辐射能量达到极大值，并逐渐开始简单的核合成；核合成时期结束之后，宇宙经历了“物质时代”，当温度下降到4000～3000K时，电子和质子几乎全部结合成氢原子。

这一理论能够较好地解释宇宙的膨胀和宇宙中氢和氦的原始丰度问题。

两年之后，加莫夫又预测了大爆炸余烬大约5－10K的背景辐射，他的预测在1965年得到了美国彭齐亚斯和威尔逊两位工程师的证实，其背景辐射值相当于3k，大爆炸理论也得到了普遍的认同。

当然，大爆炸理论中所说的爆炸并不是我们日常见到的，以一个确定点为中心的爆炸，而是一开始就充满宇宙空间的膨胀，所有宇宙中的星系都远离其他星系而去。

关于宇宙起源的问题应该说到目前为止还没有完全解决，例如大爆炸理论仍然存在着宇宙如何从无到有的问题，或者说是对大爆炸发生的最初时刻（0～10-43秒）宇宙所发生的事情仍然了解很少。

宇宙的物质又是如何从分布极端的均匀状态，发展到今天的极不均匀状态的，这些问题的至今还没有令人满意的解释。