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宇宙大爆炸理论大爆炸宇宙论

爆炸之初，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。

宇宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降。

随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。

宇宙大爆炸理论气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。

宇宙并非永恒存在，而是从虚无创生的思想在西方文化中可以说是根深蒂固。

虽然希腊哲学家曾经考虑过永恒宇宙的可能性，但是，所有西方主要的宗教一直坚持认为宇宙是上帝在过去某个特定时刻创造的。

像历史学家一样，宇宙学家意识到开启未来的钥匙在于过去。

基本假设大爆炸理论的建立基于了两个基本假设：物理定律的普适性和宇宙学原理。

宇宙学原理是指在大尺度上宇宙是均匀且各向同性的。

这些观点起初是作为先验的公理被引入的，现今已有相关研究工作试图对它们进行验证。

例如对第一个假设而言，已有实验证实在宇宙诞生以来的绝大多数时间内，精细结构常数的相对误差值不会超过10^（-5）。

此外，通过对太阳系和双星系统的观测，广义相对论已经得到了

非常精确的实验验证；而在更广阔的宇宙学尺度上，大爆炸理论在多

个方面经验性取得的成功也是对广义相对论的有力支持。

假设从地球上看大尺度宇宙是各向同性的，宇宙学原理可以从一

个更简单的哥白尼原理中导出。

哥白尼原理是指不存在一个受偏好的（或者说特别的）观测者或

观测位置。

根据对微波背景辐射的观测，宇宙学原理已经被证实在10^(-5)的量级上成立，而宇宙在大尺度上观测到的均匀性则在10%的量级。

研究历程许多人不知道的是，与大爆炸理论已经成为常识的今天

相比，在该理论刚刚提出之后的很长一段时间，世界科学界对其的态

度是嗤之以鼻的。

这种奇怪的现象，是因为当时的科学界受进化论推翻上帝创造论

的哲学思潮影响，盲目地反对传统理论，不承认如《圣经》所言，宇

宙是有一个起点的。

这一时期的西方科学界普遍坚持宇宙和物质是恒定不变、无始无

终的。

因此对于所有涉及说宇宙和万物都有一个起点的理论一概不予承认。

包括像爱因斯坦这样的大科学家也受其影响。

爱因斯坦在总结引力场方程，发现这个Rμv-(1/2)Rgμv=kTμ的v公式将推导出宇宙其实是一个有着从未停止的物质变化的动态宇宙，于是

公式加了一个宇宙常数宇果。 也，最方样的： ∧g μv+R μ-(v 1/2)Rg μv=kT μ，v 其中常宇宙常数。 但是自从 1922 年美国天文学家埃德温 ·哈勃测移现 象开始，有关宇点开始形成。 1929 年，埃德温 ·结出了一个具有里程现，即： 不管你往哪个方向处的星系正急而去。 宇宙大爆换言之，宇宙正在不。 这意味着，在早先星体相更加靠近。 上，似乎1至 2年之前的刻刚 好在同一地方，所以哈现暗示存在一个叫做大爆刻，当

时宇宙密。 此因斯坦很快来到哈勃工作逊天文台，在哈勃 结束因斯坦公了自影响 ，并去方程中的宇宙常数，于是就有今天所熟知的 爱因方程（ EinsteinFieldEquation ）。 1948 年前后，伽莫夫第一个建

大

爆

念。 生宇宙大爆炸见于地生在一个确定的点， 然后向四周的播开去的那种爆炸，而是一种发生，

从一开始整的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它

每一个粒子飞奔。

事实上应该理解为空间的急剧膨胀。

"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。

根据大爆炸宇宙论，早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀

气体，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。

这些气体在热平衡下有均匀的温度。

这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。

气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统

得以相继出现。

爆炸简史

大爆炸开始时：约150亿年前，极小体积，极高密度，极高温度，称为奇点。

空间和时间诞生于某种超时空——部分宇宙学家称之为量子真空，其充满着与海森堡不确定性原理相符的量子能量扰动。

大爆炸后10^-43秒：约1032度，宇宙从量子涨落背景出现，这个

阶段称为普朗克时期。

在此之前，宇宙的密度可能超过每立方厘米1094克，超过质子密度1078倍，物理学上所有的力都是一种。

在这个阶段，宇宙已经冷却到引力可以分离出来，开始独立存在，存在传递引力相互作用的引力子。

宇宙中的其他力（强、弱相互作用和电磁相互作用）仍为一体。

大爆炸后10^-35秒：约1027度，暴涨期，引力已分离，夸克、玻

色子、轻子形成。

此阶段宇宙已经冷却到强相互作用可以分离出来，而弱相互作用

及电磁相互作用仍然统一于所谓电弱相互作用。

宇宙也发生了暴涨，暴涨仅持续了10-33秒，在此瞬间，宇宙经历了100次加倍（2100），得到的尺度是先前尺度的1030倍（暴涨的是

宇宙本身，即空间与时间本身，并不违反光速藩篱）。

暴涨前宇宙还在光子的相互联系范围内，可以平滑掉所有粗糙的点，暴涨停止时，今天所探测的东西已经在各自小区域稳定下来，而

这被称为暴涨理论。

大爆炸后10^-12秒：约1015度，粒子期，质子和中子及其反粒子

形成，玻色子、中微子、电子、夸克以及胶子稳定下来。

宇宙变得足够冷，电弱相互作用分解为电磁相互作用和弱相互作用。

轻子家族（电子、中微子以及相应的反粒子）需要等宇宙继续冷

却10-4秒才能从与其他粒子的平衡相中分离出来。

其中中微子一旦从物质中退耦，将自由穿越空间，原则上可以探

测到这些原初中微子。

大爆炸后0.01秒：约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