大爆炸学说

大爆炸学说
宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。

宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。

《淮南子·原道训》注：“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。

”即宇宙是天地万物的总称。

千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。

直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。

大约在150亿年前，宇宙所有的物质和能量都高度密集在一点，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，因而发生了巨大的爆炸。

大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。

大爆炸的整个过程是复杂的，现在只能从理论研究的基础上，描绘过去远古的宇宙发展史。

在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。

现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质，形成了当今的宇宙形态，人类就是在这一宇宙演变中诞生的。

大爆炸宇宙学是现代宇宙学中最有影响的一种学说，与其它宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。

它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。

在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。

这一从冷到热，从密到稀的过程如同一次规模很大的爆发。

根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。

物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。

宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。

但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。

当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。

温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束。

宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。

当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。

从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们根据哈勃常数也可以推算大约150亿年前，宇宙起始于一个奇点。

大爆炸宇宙模型是一种广为认可的宇宙演化理论。

其要点是，宇宙是从温度和密度都极高的状态中由一次“大爆炸”产生的。

时间至少发生在100亿年前。

这种模型基于两个假设：第一是爱因斯坦提出的，能正确描述宇宙物质的引力作用的广义相对论；第二是所谓宇宙学原理，即宇宙中的观测者所看到的事物
既同观测的方向无关也同所处的位置无关。

这个原理只适用于宇宙的大尺度上，而它也意味着宇宙是无边的。

因此，宇宙的大爆炸源不是发生在空间的某一点，而是发生在同一时间的整个空间内。

有这两个假设，就能计算出宇宙从某一确定时间（称为普朗克时间）起始的历史，而在此之前，何种物理规律在起作用至今还不清楚。

宇宙从那时起迅速膨胀，使密度和温度从原来极高的状态降下来，紧接着，预示质子衰变的一些过程也使物质的数量远超过反物质，如同我们今天所看到的一样。

许多基本粒子在这一阶段也可能出现。

过了几秒钟，宇宙温度就降低到能形成某些原子核。

这一理论还预言能形成一定数量的氢、氦和锂的核素，丰度同今天所看到的一致。

大约再过100万年后，宇宙进一步冷却，开始形成原子，而充满宇宙中的辐射则在宇宙空间自由传播。

这种辐射称为宇宙微波背景辐射，它已经被观测所证实。

除了原始物质和辐射外大爆炸理论还预言，现在宇宙中应充满中微子，它们是无质量或无电荷的基本粒子。

现在科学家们正在努力找寻这种物质。

大爆炸模型能统一说明以下几个观测事实：
1、大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。

各种天体年龄的测量证明了这一点。

2、观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。

如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。

3、在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。

用恒星核反应机制不足以说明为什么又如此多的氦。

而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。

4、根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。

大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言今天的宇宙已经很冷，只有绝对温度几度。

1965年，果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射，温度大约为3K。

这一结果无论在定性上或者定量上都与大爆炸理论的预言相符。

但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在一些未解决的困难问题。