论宇宙大爆炸
宇宙大爆炸理论概览
宇宙大爆炸理论概览宇宙大爆炸理论是现代天体物理学中最重要的理论之一,它试图解释宇宙的起源和演化过程。
该理论认为,宇宙起源于一个极其高温高密度的初始状态,随后经历了一系列的膨胀和冷却过程,最终形成了我们今天所看到的宇宙。
宇宙大爆炸理论的提出宇宙大爆炸理论最早由比利时天文学家乔治·勒梅特尔在1927年提出。
他通过观测到星系的红移现象,发现宇宙正在膨胀,并由此推断出一个“原始原子”的概念。
然而,当时的科学界对于这个理论并没有给予太多关注。
直到1964年,美国天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊在进行微波背景辐射实验时发现了一种与之前观测到的星系红移现象相符合的微波辐射。
这一发现被认为是对宇宙大爆炸理论的强有力支持,也使得该理论开始受到广泛关注。
宇宙大爆炸的过程根据宇宙大爆炸理论,宇宙的起源可以追溯到约138亿年前的一个极端高温高密度状态,被称为“奇点”。
在奇点之后,宇宙经历了以下几个重要的阶段:膨胀:在奇点之后,宇宙经历了一次快速膨胀的阶段,被称为“暴涨”。
在这个阶段,宇宙的体积迅速增大,同时温度和密度也在下降。
核合成:当宇宙膨胀到一定程度时,温度和密度下降到足够低的水平,原子核开始形成。
这个过程被称为“核合成”,在这个阶段,氢和氦等轻元素的核开始形成。
辐射主导时期:在核合成之后,宇宙进入了一个以辐射为主导的时期。
在这个时期,宇宙中充满了高能粒子和辐射。
物质主导时期:随着时间的推移,宇宙继续膨胀并冷却,辐射的能量密度逐渐下降,物质的能量密度开始占据主导地位。
在这个时期,宇宙中开始形成了星系和其他天体结构。
加速膨胀:近年来的观测结果表明,宇宙的膨胀速度正在加快。
这一发现被归因于一种被称为“暗能量”的神秘力量,它对宇宙的膨胀起到了推动作用。
宇宙大爆炸理论的意义宇宙大爆炸理论不仅解释了宇宙的起源和演化过程,还提供了许多重要的科学洞察。
以下是该理论的几个重要意义:宇宙演化:宇宙大爆炸理论为我们提供了一个框架,帮助我们理解宇宙从起源到现在的演化过程。
宇宙大爆炸的理论与证据
宇宙大爆炸的理论与证据宇宙大爆炸理论认为,在约138亿年前,整个宇宙诞生于一个极其炽热、密集的奇点,随后发生了一场爆炸,世界开始经历无尽的演化。
这套理论及其相关的研究成果,是人类探究宇宙最核心、最基础的科学探索之一。
一、宇宙大爆炸理论的产生据流传,最早提出宇宙大爆炸理论的是比利时天文学家乔治·勒梅特尔(Georges Lemaître)。
他在1927年发表的一篇论文中,首次提出将爆炸模型应用到宇宙研究中,哥本哈根学派的著名物理学家尼尔斯·玻尔并未对这一提议赞同。
随后,美国天文学家爱德华·哈勃发现了宇宙的膨胀,越远的星云运动越快,星系的移动速度与距离在许多方向上都呈现出线性关系。
“哈勃定律”成为后续学者推导宇宙学原理的重要依据。
二、大爆炸的几大证据1. 宇宙微波背景辐射在1965年发现的,是被认为是支持宇宙大爆炸的最有力印证。
它是宇宙早期形成后,所有物质对热辐射形成的残骸,能够检测到的辐射呈现均匀性,符合宇宙初期非常稠密、高温的预期。
这种形态与目前的辐射形态具有极高的相似度,展现了宇宙早期与现在的关系。
2. 宇宙丰度的天文观测在大爆炸模型基础上,有关质子、中子等原子核物质的丰度能够精确计算。
根据宇宙辐射和宇宙丰度的测量值,与计算结果进行得出的结论十分接近。
3. 星系和宇宙中的谱线偏移通过观测特定类别的恒星,可以通过观测它们的光谱来了解其移动状态、化学成分等信息。
观测数据表明,在光谱中,星系、银河中心等物体的光谱线偏移比较显著。
这种效应被称为“红移”,表明与地球距离越远的物体,运动越快。
这一现象验证了哈勃定律的预测,即宇宙正在快速膨胀。
4. 中子星合并产生的引力波探测在2017年,由美国国家科学基金会和欧洲分子生物医学研究所合作发布的研究最新成果,揭示了第一次探测到了引力波来自较远的中子星合并事件。
这一实验出现的意义是:精确探测到了当时宇宙自由电子发生重组的时刻。
宇宙大爆炸名词解释
宇宙大爆炸名词解释宇宙大爆炸,又称为大爆炸宇宙论,是关于宇宙起源和演化的理论。
这一理论的主要观点是宇宙起源于一个极度高温和高密度的状态,被称为“奇点”。
首先,让我们追溯到宇宙的最初时刻。
宇宙大爆炸理论认为宇宙起源于一个极度高温和高密度的状态,被称为“奇点”。
在这个理论中,“奇点”被认为是空间和时间的起点,它的密度无穷大,体积无穷小,并且包含着所有的物质和能量。
在大爆炸之前,我们无法使用现有的物理学理论来描述奇点的性质,因为它超出了我们的理解和想象范围。
接下来是宇宙大爆炸的过程。
当奇点爆炸时,它释放出巨大的能量和物质,宇宙开始急剧膨胀,并且宇宙中的所有物质和能量开始向各个方向扩张。
宇宙大爆炸理论认为宇宙的膨胀速度非常快,远超过光速。
同时,宇宙中的物质和能量也开始冷却和凝结,形成了各种不同的元素和天体。
那么,为什么我们需要宇宙大爆炸理论呢?首先,宇宙大爆炸理论提供了一种解释宇宙起源和演化的框架。
它帮助我们理解宇宙的起源、演化和最终命运。
其次,宇宙大爆炸理论也与许多观测结果相符合。
例如,宇宙中的元素比例、宇宙微波背景辐射等观测结果与宇宙大爆炸理论的预测相一致。
最后,宇宙大爆炸理论还帮助我们探索物理学的一些基本问题,如物质的本质、空间的性质和时间的起源等。
但是,宇宙大爆炸理论仍然有一些未解之谜和需要进一步研究的问题。
例如,我们不知道宇宙为什么会开始膨胀,也不知道宇宙中的暗物质和暗能量的本质。
此外,我们还需要更深入地研究宇宙的演化历史和最终命运。
总之,宇宙大爆炸理论是一种解释宇宙起源和演化的理论。
它为我们提供了一个框架来理解宇宙的起源、演化和最终命运,并且与许多观测结果相符合。
虽然仍有一些未解之谜和需要进一步研究的问题,但宇宙大爆炸理论为我们探索宇宙的奥秘提供了一个重要的工具。
宇宙起源大爆炸理论
宇宙起源大爆炸理论宇宙起源大爆炸理论,也被称为宇宙大爆炸理论,是目前被广泛接受的关于宇宙起源的理论。
该理论表明,宇宙起源于一个巨大的爆炸,即所谓的“大爆炸”。
这一理论提供了对宇宙形成、发展和演化的解释,并成为了现代宇宙学的基石之一。
在20世纪初,天文学家开始观察到宇宙的膨胀现象,他们发现远离地球的物体都在以相对速度远离我们,这意味着宇宙正在膨胀。
通过对这一膨胀现象进行逆推,科学家们提出了宇宙起源于一个巨大爆炸的理论。
根据宇宙起源大爆炸理论,大约在138亿年前,整个宇宙都被压缩在一个极为高温、高密度的“奇点”中。
这个奇点随着时间的推移,以极快的速度膨胀,释放出巨大的能量,形成了我们今天所看到的宇宙。
大爆炸之后,宇宙开始不断膨胀和冷却,原子核和电子逐渐结合形成了氢和氦等原始元素。
在宇宙起源大爆炸之后,宇宙经历了一系列的演化过程。
最开始的几百万年中,由于宇宙密度非常高,光无法穿过宇宙,因此宇宙处于黑暗中,并且没有可观测到的星系和行星。
随着宇宙膨胀的进行,宇宙逐渐冷却,光子和物质分离,光子开始自由传播,形成了可观测的宇宙背景辐射。
约10亿年后,宇宙开始形成了第一代恒星和星系,这标志着宇宙的第二个时代。
随着时间的推移,宇宙的膨胀速度逐渐下降,同时引力的作用使得星系间的距离逐渐增大。
关于宇宙的膨胀速度和演化过程,科学家提出了很多模型和理论,其中最为著名的是爱因斯坦的广义相对论。
广义相对论提供了解释宇宙膨胀的基本框架,但仍然存在许多未解之谜。
宇宙起源大爆炸理论对宇宙的研究有着重要的意义。
通过对宇宙的观测和研究,科学家们可以了解宇宙的起源、结构和演化过程。
例如,通过观测宇宙背景辐射,科学家们可以了解宇宙起源后的最早时期,并推断出宇宙的年龄和成分。
此外,宇宙大爆炸理论还为研究黑洞、暗物质、暗能量等宇宙学难题提供了基础。
总的来说,宇宙起源大爆炸理论是关于宇宙起源和演化的重要理论之一。
通过对宇宙膨胀现象的观测和研究,科学家们提出了这一理论,并通过实验证据的支持逐渐建立了它的地位。
宇宙大爆炸理论解析
宇宙大爆炸理论解析宇宙是一个令人着迷的存在,远离我们的日常生活,我们对它的了解仍然很有限。
然而,宇宙大爆炸理论给我们提供了一个可以窥探宇宙起源的窗口。
本文将详细解析这一理论,并尽力用通俗易懂的语言进行解释。
什么是宇宙大爆炸理论?宇宙大爆炸理论,也被称为“宇宙起源理论”,是一种关于宇宙起源和演化的科学理论。
该理论认为,整个宇宙起源于一个非常热、非常致密的状态,经历了一次巨大的爆炸,从而产生了我们现在所知的宇宙。
为什么是大爆炸?你也许会想,为什么要用“大爆炸”来形容宇宙的起源呢?这是因为根据现有的证据和理论计算,宇宙在诞生时确实经历了一次巨大的爆炸式膨胀。
这个爆炸产生了宇宙中所有物质和能量的初触形态,也是我们现在所观察到的宇宙的基础。
爆炸之后发生了什么?在大爆炸之后,宇宙经历了持续的膨胀和冷却。
当宇宙膨胀到足够稀薄的程度之后,物质开始凝聚形成原子,这个过程被称为“宇宙再电离”。
随着时间的推移,原子开始聚集形成恒星和星系,最终演化成我们熟悉的宇宙景象。
证据和支持宇宙大爆炸理论不仅是一种理论,还有大量的观测数据和实验证据来支持。
其中,关键的证据之一是宇宙微波背景辐射(CMB)的发现。
CMB是由大爆炸后释放出来的热辐射,在宇宙各个角落都可以观测到。
这一发现为宇宙大爆炸理论提供了强有力的支持。
超新星爆发的奥秘除了CMB,还有其他的观测证据也支持了宇宙大爆炸理论。
例如,科学家通过观测到遥远恒星爆发变成超新星的现象,发现了宇宙中的物质正在以加速的速度远离我们。
这表明了宇宙正在不断膨胀,并且膨胀的速度正在不断增加。
其他宇宙起源的理论虽然宇宙大爆炸理论是目前普遍接受的理论,但也有其他一些理论试图解释宇宙的起源。
例如,宇宙暗能量理论和宇宙膨胀理论等。
这些理论采用不同的假设和模型来解释宇宙的起源和演化,但仍需要进一步的观测和实验证据来验证。
宇宙大爆炸理论是目前被广泛接受的关于宇宙起源和演化的科学理论。
通过观测数据和实验证据的支持,我们可以窥探宇宙的起源和发展。
什么是宇宙大爆炸理论,它是如何影响我们的?
什么是宇宙大爆炸理论,它是如何影响我们的?宇宙大爆炸理论是现代天文学的核心理论之一,它揭示了宇宙的起源和演化历程,对我们的认知和科学研究产生了深远影响。
本文将对宇宙大爆炸理论进行科普介绍,并阐述其对我们的影响。
一、宇宙大爆炸理论简介宇宙大爆炸理论是指宇宙从一个无限小、无限密的初始点猛然膨胀而成的学说。
该理论一开始存在争议,但后来通过大量的实验观测和多学科的研究,逐渐得到了广泛的认可。
二、宇宙大爆炸理论的研究成果1.宇宙的起源宇宙大爆炸理论揭示了宇宙的起源,认为宇宙由一个起源点开始膨胀,因此我们可以大致了解宇宙的诞生。
后续的宇宙学研究和观测进一步证实了这一观点,并对宇宙的演化历程做出了详细解释。
2.暗物质宇宙大爆炸理论的研究帮助我们了解暗物质这个神秘的物质。
据信,暗物质占据宇宙中绝大部分的物质,但至今仍未被发现,这是目前天文学领域研究的重要课题。
3.宇宙微波背景辐射宇宙大爆炸理论的研究还发现了宇宙微波背景辐射。
科学家们认为,这是由于宇宙大爆炸的余热在宇宙膨胀过程中逐渐降温导致的。
这项研究为宇宙背景辐射的观测和研究提供了重要的指导和基础。
三、宇宙大爆炸理论的影响1.对哲学思考的启示宇宙大爆炸理论是对我们对宇宙及其起源的认知提出了挑战,并启示了我们不断探索宇宙的奥秘。
这种尝试当中涉及到一些哲学思考,让我们更深刻地认识到我们在宇宙中的渺小和无知。
同时,宇宙大爆炸理论的发现也引发了文学、影视、艺术等领域的创作和启示。
2.推动技术创新宇宙大爆炸理论的研究,推动了一系列先进技术的发展和创新。
例如,计算机模拟、粒子探测、射电天文学和红外天文学等技术的广泛应用。
这些技术的发展,不仅帮助我们更好地研究宇宙大爆炸理论,也推动了社会生产力的发展。
3.加深跨学科交叉研究宇宙大爆炸理论作为一个综合性学科领域,涉及物理、数学、天文学、化学、地质学等诸多学科。
它的研究促进了跨学科交叉的科研合作,提高了人类认识世界的综合能力,也使不同学科之间的联系和相互关联更加紧密。
宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论的起源和发展宇宙大爆炸理论,也被称为宇宙起源理论或宇宙演化理论,是关于宇宙起源和发展的主要科学理论之一。
该理论揭示了宇宙的起源、演化和结构,并提供了解释宇宙各种现象的基本框架。
以下是宇宙大爆炸理论的起源和发展的主要内容:起源和初始观点•宇宙大爆炸理论最早的雏形可以追溯到20世纪初的爱因斯坦的广义相对论。
爱因斯坦的方程组表明,宇宙是动态变化的,而不是静态不变的。
•1920年代,俄国天文学家亚历山大∙弗里德曼和比利时天文学家乔治∙勒梅特尔独立地提出了宇宙膨胀的观点,为宇宙大爆炸理论奠定了基础。
背景辐射的发现•1965年,美国天文学家阿诺∙彭齐亚斯和罗伯特∙威尔逊发现了宇宙背景辐射,这是一种来自宇宙微波背景的辐射,支持了宇宙早期的高温状态。
•背景辐射的发现为宇宙大爆炸理论提供了重要的实证证据,被认为是宇宙大爆炸的余热。
理论的发展和完善•宇宙大爆炸理论在20世纪中叶得到了进一步的发展和完善。
物理学家乔治∙卢梭和罗杰∙彭罗斯提出了宇宙初始奇点的概念,即宇宙的起源点。
•1960年代末至1970年代初,物理学家斯蒂芬∙霍金和罗杰∙彭罗斯的研究揭示了奇点定理,证明了宇宙大爆炸的存在。
•现代宇宙学的发展进一步完善了宇宙大爆炸理论,包括暗物质、暗能量、宇宙膨胀加速等概念。
当前的研究和挑战•当前,宇宙大爆炸理论仍然是宇宙学研究的重要基石。
科学家通过观测、实验和理论模型的研究,不断深化对宇宙起源和演化的理解。
•尽管宇宙大爆炸理论在解释宇宙起源和演化方面取得了巨大成功,但仍存在一些未解决的问题和挑战,如暗物质和暗能量的性质、宇宙膨胀的机制等。
宇宙大爆炸理论的起源和发展经历了多位科学家的贡献和多个阶段的演化,为我们提供了研究宇宙的重要框架,也激发了更多关于宇宙起源和未来命运的深入思考和研究。
宇宙大爆炸理论的基本原理和假设宇宙大爆炸理论是关于宇宙起源和演化的主要科学理论之一。
它基于一系列的基本原理和假设,通过观测、实验和理论模型的支持,提供了关于宇宙起源和演化的解释。
宇宙大爆炸理论解析
宇宙大爆炸理论解析宇宙大爆炸理论,也被称为宇宙起源理论,是目前被广泛接受的宇宙起源模型。
该理论认为,宇宙起源于一个极其高温高密度的奇点,随后经历了一次爆炸性的扩张,形成了我们今天所看到的宇宙。
本文将对宇宙大爆炸理论进行深入解析,探讨其背后的科学原理和相关证据。
一、宇宙大爆炸理论的提出宇宙大爆炸理论最早由比利时天文学家乔治·勒梅特尔和美国天文学家爱德华·霍勒特提出。
他们在1927年根据观测到的宇宙膨胀现象,提出了一个“原始原子”模型,认为宇宙曾经处于极端高温高密度的状态,随后经历了一次爆炸,从而诞生了宇宙。
随后,美国天文学家乔治·加莱和俄国天文学家亚历山大·弗里德曼分别独立提出了类似的宇宙起源理论。
弗里德曼还通过广义相对论方程组,推导出了宇宙膨胀的数学模型,为宇宙大爆炸理论提供了理论基础。
二、宇宙大爆炸理论的基本原理宇宙大爆炸理论的基本原理可以总结为以下几点:1. 起源于奇点:宇宙起源于一个奇点,即时间和空间的起点,处于极端高温高密度的状态。
2. 爆炸扩张:在奇点附近,宇宙经历了一次爆炸性的扩张,物质和能量迅速传播到宇宙各个角落。
3. 宇宙演化:随着时间的推移,宇宙逐渐冷却和膨胀,物质开始聚集形成星系、恒星和行星等天体。
4. 宇宙加速膨胀:近年来的观测数据表明,宇宙的膨胀速度正在加速,这可能是由于暗能量的存在所致。
5. 宇宙微波背景辐射:宇宙大爆炸理论成功预言了宇宙微波背景辐射的存在,这是宇宙起源时留下的辐射遗迹。
三、宇宙大爆炸理论的证据宇宙大爆炸理论得到了大量观测和实验的支持,以下是一些主要的证据:1. 宇宙膨胀:通过观测到的星系红移现象,科学家们发现宇宙正在膨胀,这与宇宙大爆炸理论相符。
2. 宇宙微波背景辐射:1965年,阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了宇宙微波背景辐射,这是宇宙大爆炸的遗留辐射。
3. 夸克星系:宇宙大爆炸理论成功解释了夸克星系的形成,这是宇宙起源时期的物质状态。
宇宙大爆炸理论的依据
宇宙大爆炸理论的依据
1、宇宙年龄问题。
大爆炸理论认为,天体的年龄应小于宇宙年龄。
起初有计算为20亿年的,但都被观测所否定。
继而,当代大爆炸论认为150亿年这是宇宙年龄,基于此,目前发现的天体可以纳入演化轨道。
2、微波辐射。
大爆炸理论预言了残余爆炸的辐射,均匀分布在宇宙空间,结果约3K的微波背景辐射的发现强有力地支持了大爆炸。
3、宇宙中氦的丰度。
天文学中,一直不能解释为什么天体中有相同的氦丰度,并且也不能解释为什么一些恒星的氦丰度(也就是氦含量)是30%左右。
在英格利斯的著作中是这样解释的:“大爆炸宇宙学可以定量地解释氦的丰度问题。
因此,在宇宙早期高温的几十分钟里,生成氦元素的效率很高。
根据宇宙膨胀速度的测量,以及热辐射温度的测量,我们可以计算出宇宙早期产生的氦丰度。
这个数值恰好是30%。
这就是说,今天我们看到不同天体上都约有30%的氦,这可能正是100多亿年前的一次事件所留下来的痕迹。
”
4、河外星系的普遍退行,也就是红移现象。
什么是宇宙大炸理论
什么是宇宙大炸理论宇宙大爆炸理论是一种对于宇宙起源和发展的科学假说。
它最初由比利时神父和物理学家乔治·勒梅特在1927年提出,后被弗里德曼和罗伯特森的研究加以发展。
尽管当时它被许多科学家忽视,但在一段时间后,经过许多重要的观察和证据的积累,宇宙大爆炸理论逐渐被公认为对宇宙起源和发展最有力的解释。
一、宇宙大爆炸理论的基本内容宇宙大爆炸理论的核心观点是,宇宙从一种极度高温、高密的状态开始,经过一次大爆炸,空间扩张,物质产生,然后形成了我们现在所看到的宇宙。
而且这个扩张过程至今还在继续。
在宇宙的早期,所有的物质以及宇宙的四大力量(引力、电磁力、强力和弱力)都处于一种高度统一的状态。
随着时间的推移,随着温度和密度的下降,四大力量逐渐分离出来,物质开始聚集形成原子,原子又聚集形成星体和星系。
二、宇宙大爆炸理论的证据支持宇宙大爆炸理论的证据主要有以下几点:1. 宇宙的赤移:早在1929年,哈勃通过观察远离我们的星系发现,越远的星系离我们移动得越快,这被称为哈勃定律。
这种现象可以用宇宙整体的扩张来解释,也是宇宙大爆炸理论的一个重要证据。
2. 宇宙微波背景辐射:1965年,美国两位天文学家发现了来自宇宙的微弱无线电波,这被认为是宇宙大爆炸后残留下来的背景辐射。
这一发现为宇宙大爆炸理论提供了非常直接的证据。
3. 素粒子比例:宇宙中氢、氦和锂等轻元素的比例与宇宙大爆炸理论的预测相符合。
三、优点与局限宇宙大爆炸理论让我们对宇宙的起源和演化有了更深的理解,也为其他学科提供了合理的历史背景。
另一方面,尽管宇宙大爆炸理论已经取得了巨大成功,但是关于宇宙最早期状态的详细信息,如宇宙的初始条件以及大爆炸前的情况等,宇宙大爆炸理论尚无法给出满意的解释。
这些任然是宇宙学需要去探索和研究的地方。
宇宙大爆炸理论是一门令人震撼的科学理论,它让我们认识到我们生活的宇宙有着有趣的历史,每一个星系、每一颗星星、每一个生物,都是宇宙大爆炸这一宏伟景象的一部分。
什么是宇宙大爆炸理论?
什么是宇宙大爆炸理论?宇宙大爆炸理论,又称宇宙起源学说,是现代宇宙学的基础理论之一,它试图解释关于宇宙从何处来,以及现在的宇宙是如何演化而来的这些问题。
本文将通过三个方面详细介绍宇宙大爆炸理论。
一、宇宙大爆炸理论的起源宇宙大爆炸理论始于二十世纪二三十年代,当时天文学家们发现银河系以外的星系正在不断向我们远去。
根据当时光谱的观测数据,天文学家们推测这些星系正在以极快的速度向外运动,而这种运动表现出来的效果就像空气中的声音,即“多普勒效应”。
基于这一现象,天文学家胡勒斯与韦格纳提出了“宇宙膨胀学说”,提出了大爆炸的理论基础。
后来,爱因斯坦创立的广义相对论在宇宙学上的应用,使得宇宙大爆炸的理论进一步得到了发展。
二、宇宙大爆炸理论的基本说法根据宇宙大爆炸理论的基本说法,宇宙在起源时是一团非常致密、非常热的物质云。
由于物质云内部温度和压力的瞬间变化,使得宇宙急剧膨胀,并且爆发出了巨大的能量,随即发生了宇宙大爆炸事件。
在此之后,宇宙不断扩张,物质不断稀释,而其中间,也发生了许多复杂的演化过程,比如说宇宙的强子时期、重子时期、核合成时期等。
至于现在的宇宙,宇宙学家们则将它描述为越来越广阔、越来越稀疏、越来越冷的状态。
三、宇宙大爆炸理论的进一步解释宇宙大爆炸理论虽然已经有了基本框架和时序,但它仍然存在一些疑问需要进一步解释。
其中一个问题是,为什么宇宙会以一个最小单元的“奇点”开始爆炸?一个可能的答案是,奇点是由于某种物理过程的失控导致的。
但这种解释在物理学上仍需要进一步研究。
另一个问题是,宇宙的加速膨胀现象是如何发生的?这个问题的答案称为“暗能量”问题,暗能量目前被认为是一种能够驱动宇宙加速膨胀的推动力量。
在总结本文的内容时,宇宙大爆炸理论被认为是现代宇宙学的基础理论之一,尽管还存在一些未解决的问题,比如奇点的起源和暗能量的力量等。
但这都是未来宇宙学家需要继续研究的问题。
总之,了解宇宙大爆炸理论不仅可以帮助我们更好地理解宇宙的演化过程,同时也可以拓宽我们的宇宙视野,让我们更好地认识到人类在宇宙中的微不足道。
什么是宇宙大爆炸理论
什么是宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论是由美国天文学家理查德·威斯特伍德于二十世纪20年代提出的一种宇宙模型,它说明宇宙的现状——宇宙中的恒星、星系粒子和天体依次形成,是由一次巨大的爆炸事件引发的,从而得出宇宙在有限时间内由无到有形成的观点。
该理论最初由俄国科学家萨缪尔·哥白尼提出,却被当时当局驳回了,直到后来才被科学界普遍采纳,列入宇宙常识中。
本文主要说明宇宙大爆炸理论的起源和发展以及其历史意义:1、宇宙大爆炸理论的起源宇宙大爆炸理论最早是由俄罗斯天文学家萨缪尔·哥白尼提出的,他是第一个提出宇宙的时间源自巨大的爆炸的人,它的理论被当时的专家所拒绝,但在国外B.H Wells、A. Logarithm等人开始涉及这一理论,理查德。
威斯特伍德将其逐步改进,明确了宇宙的类型,并提出了“宇宙衰变定律”,使宇宙大爆炸理论基本成型。
2、宇宙大爆炸理论的发展宇宙大爆炸理论不断加以改进,形成了现代宇宙学的内涵。
在20世纪70年代,‘微粒子物理’和‘放射性’研究表明宇宙中存在着极弱的热微波宇宙辐射,随着观测技术的改进,宇宙大爆炸理论日渐完善,理查德·威斯特伍德教授发现宇宙形成后发展完全符合宇宙大爆炸理论的预期,宇宙大爆炸理论也得到广泛认可。
3、宇宙大爆炸理论的历史意义宇宙大爆炸理论的影响深远,它拓宽了宇宙研究的领域,引发了许多新的宇宙模型,指引了宇宙发展的思考,为研究宇宙的结构、演化、密度、随机性等问题开创了道路,并为人类理解宇宙的混乱许多的零碎的现象奠定了基础。
它不仅决定了现代科学的发展,而且也极大地增加了人类对未来的憧憬和期望,开辟了人类把握未来的道路。
宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论(Big Bang Theory)是现代宇宙学的核心理论,它描述了宇宙从极端高温、高密度的初始状态开始膨胀和演化的过程。
这个理论首次由比利时天文学家乔治·勒梅特在1927年提出,随后由爱德温·哈勃通过观测数据支持了这一理论。
宇宙大爆炸理论为我们提供了关于宇宙起源和演化的基本框架,并成功解释了许多宇宙现象。
宇宙的起源根据宇宙大爆炸理论,宇宙起源于大约138亿年前的一个极小、极热、极密集的状态。
在这个初始瞬间,宇宙中所有的物质和能量都被压缩在一个极小的空间内。
随着时间的推移,这个“原点”经历了一次剧烈的膨胀,宇宙开始不断扩张并冷却下来。
宇宙的膨胀宇宙的膨胀是指宇宙空间本身的扩大。
这一过程可以通过红移现象来观察,即遥远星系发出的光波被拉长,向红端移动,表明这些星系正在远离我们。
哈勃定律描述了这一现象,即星系退行的速度与其距离成正比。
这一发现是支持宇宙大爆炸理论的关键证据之一。
宇宙的演化随着宇宙的膨胀和冷却,形成了第一代的原子、分子以及最终的恒星和星系。
在大爆炸后的几亿年内,宇宙充满了中性氢和少量的氦。
这些原始元素在引力的作用下聚集成云团,进而形成恒星和星系。
恒星在其内部进行核聚变反应,产生更重的元素,如碳、氧、铁等,这些元素在恒星死亡时散布到宇宙中,为后续行星的形成提供原料。
宇宙的未来关于宇宙的未来,科学家提出了几种可能的情景。
如果宇宙的质量足够大,其膨胀最终会因重力作用而减缓并停止,甚至可能开始收缩,导致所谓的“大坍缩”。
如果宇宙质量较小,膨胀可能会永远持续下去,导致“热寂”或“大冻结”。
还有观点认为,暗能量的作用可能导致宇宙加速膨胀,使得宇宙变得越来越稀薄,最终走向一种称为“大撕裂”的状态。
宇宙大爆炸理论不仅为我们提供了宇宙历史的宏大叙事,还深刻影响了我们对物质、能量、时间和空间本质的理解。
虽然这个理论已经取得了巨大的成功,但宇宙学仍然是一个充满未知和挑战的领域,未来的研究有望揭开更多关于宇宙奥秘的答案。
宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论宇宙大爆炸理论,简称大爆炸理论(Big Bang Theory),是现代宇宙学中描述宇宙起源和演化的主流科学模型。
该理论提出,宇宙在约137亿年前由一个极热、极密的奇点状态开始膨胀和冷却,形成了今天的广阔宇宙。
宇宙的起源大爆炸理论的核心观点认为,宇宙起源于一个“奇点”,在这个奇点处,空间和时间失去了意义,物质和能量的密度无限大。
这个初始状态之后,宇宙经历了一个急剧的膨胀过程,即所谓的“宇宙膨胀”。
在这个过程中,宇宙从一个极端高温高密度的状态迅速扩张并冷却下来。
宇宙的演化随着宇宙的膨胀,温度逐渐降低,使得最初的基本粒子能够结合形成更复杂的原子核。
大约在大爆炸后的三分钟,宇宙冷却到足够低的温度,允许质子和中子结合形成氢和氦等轻元素。
这一时期被称为原初核合成。
随后数十亿年里,宇宙继续膨胀和冷却,引力作用使得物质逐渐聚集形成恒星和星系。
这些天体的形成和演化进一步推动了宇宙的多样化和复杂性。
宇宙的未来关于宇宙的未来,科学家们基于大爆炸理论提出了多种预测。
一种观点是宇宙将继续无限膨胀,最终达到热寂状态,即所有的物质和辐射都将均匀分布且温度极低。
另一种可能性是宇宙的膨胀最终会停止,并开始收缩,最终回到一个高密度状态,这被称为“大坍塌”。
大爆炸理论的证据大爆炸理论得到了多方面的科学证据支持:- 宇宙背景辐射:宇宙微波背景辐射是大爆炸留下的热辐射遗迹,其均匀性和微小的温度波动为宇宙早期状态提供了直接证据。
- 原初核合成:观测到的轻元素丰度与大爆炸理论预测的原初核合成过程相符合。
- 红移观测:遥远星系的光谱向红端移动,表明这些星系正在远离我们,这是宇宙膨胀的直接证据。
尽管大爆炸理论是目前解释宇宙起源和演化最为广泛接受的模型,但科学家们仍在探索更多细节,并寻找可能的新理论或修正以更好地理解我们的宇宙。
宇宙大爆炸理论解析
宇宙大爆炸理论解析宇宙大爆炸理论是关于宇宙起源和演化的一个重要理论。
它提供了对宇宙由无到有、由密到疏、由热到冷的过程的解释。
这一理论的提出不仅影响了天体物理学的发展,也对人类对宇宙起源的认知产生了深远的影响。
1.理论概述宇宙大爆炸理论认为,宇宙在数十亿年前起源于一次巨大的爆炸,从此开始了其演化的历程。
在初始的瞬间,整个宇宙被认为是一个极度炽热、高密度的点状物体,称为“奇点”。
随着时间的推移,宇宙经历了膨胀、冷却和结构形成的过程。
2.爆炸后的宇宙在大爆炸发生后,宇宙开始迅速膨胀,这被称为宇宙膨胀。
温度和密度随着膨胀的进行而逐渐降低,宇宙的物质开始由高能量粒子逐渐转变为原子和分子。
这一过程称为宇宙冷却。
在宇宙初期,大量的氢和少量的氦被合成出来,这种合成被称为原初核合成。
随着时间的推移,宇宙中的物质逐渐形成了星系、星球和其他天体。
3.宇宙微波背景辐射宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸理论的一大证据。
根据该理论,大爆炸发生后,宇宙中的物质经历了强烈的辐射,并持续膨胀至今。
这种辐射在宇宙膨胀过程中逐渐冷却,成为目前宇宙中存在的低温辐射。
宇宙微波背景辐射的发现为宇宙大爆炸理论提供了有力的证据。
4.理论证据和进一步研究除了宇宙微波背景辐射,宇宙大爆炸理论还得到了许多观测和实验的支持。
例如,宇宙的膨胀速度、宇宙背景辐射的空间分布以及宇宙的结构形成等方面的观测数据与该理论的预测相吻合。
科学家们还通过模拟实验和理论计算进一步验证了宇宙大爆炸理论的可行性。
然而,宇宙大爆炸理论仍然存在一些未解之谜和争议。
例如,关于宇宙什么时候和如何开始膨胀以及膨胀的原因仍然不太清楚。
宇宙的物质和能量构成的问题也是科学家们关注的焦点。
为了解决这些问题,科学家们正在进行进一步的研究,并提出了一些新的理论和模型来解释宇宙的起源和演化。
宇宙大爆炸理论提供了关于宇宙起源和演化的重要解释。
尽管仍然存在一些未解之谜和争议,这一理论通过观测数据和理论计算得到了广泛的支持。
宇宙大爆炸理论概览
宇宙大爆炸理论概览宇宙大爆炸理论是指20世纪20年代由比利时天文学家乔治·莱马特首次提出的一种关于宇宙起源和演化的宇宙学理论。
它认为宇宙自诞生之后经历了一个巨大的爆炸,从此以后不断地膨胀和冷却,形成了我们今天所能观测到的宇宙景象。
这个理论是目前宇宙学领域的核心理论之一,也是解释宇宙起源和演化的最成功和最为普遍接受的理论之一。
宇宙大爆炸理论的提出宇宙大爆炸理论最早由比利时天文学家乔治·莱马特提出。
1927年,他在一篇关于宇宙的研究论文中首次提出了这一概念。
他认为,宇宙从一开始就是以一种非常高温的、非常致密的状态开始的,然后经历了一个巨大的爆炸,将物质和能量散布到整个空间中。
而后,这些物质和能量开始不断地膨胀和冷却,形成了我们今天所看到的宇宙景象。
在当时,乔治·莱马特提出的宇宙大爆炸理论并没有得到广泛的关注和接受。
然而,随着更多观测数据和理论研究的不断深入,越来越多的科学家开始接受了这一理论,并在此基础上进行进一步的研究和探讨。
宇宙大爆炸理论的证据宇宙大爆炸理论之所以得到越来越多科学家的认可,主要是因为有一系列观测数据和理论计算支持了这一理论。
其中最重要的证据之一就是宇宙的膨胀。
根据观测数据,科学家们发现宇宙中的星系和星系团都在以一种非常规律的方式远离我们。
这种远离的速度和距离之间还存在一种线性关系,这与宇宙大爆炸理论的预测非常吻合。
此外,宇宙微波背景辐射也是支持宇宙大爆炸理论的重要证据之一。
这种微波辐射是在宇宙大爆炸之后不久形成的,它作为宇宙早期演化的痕迹保存了下来,并在今天的宇宙中得到了探测和观测。
对宇宙微波背景辐射的观测数据与宇宙大爆炸理论的预测非常吻合,这进一步加强了人们对这一理论的信心。
宇宙大爆炸理论的发展在宇宙大爆炸理论被提出之后,科学家们对这一理论进行了进一步的发展和完善。
其中最重要的一项工作就是宇宙的早期演化理论,包括对宇宙大爆炸之后的宇宙演化、宇宙结构的形成等等进行了深入研究。
宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论(也称为宇宙学的大爆炸)是半个世纪以来最引人瞩目的理论,它提
出了宇宙的本源及大爆炸事件。
它由美国弗莱明博士在1965年提出,他主张,宇宙最初
是由几乎绝对不分散,温度非常高的无穷小粒子组成,且体积非常小,这一点令人难以
置信。
都邑爆炸以后,宇宙经过高速的膨胀,随着时间的推移,由原来的点慢慢扩展到了
目前的非常大的尺寸,使宇宙满足现代宇宙学理论的要求。
宇宙大爆炸理论的实现,更好的解释了宇宙的均匀性,以及宇宙中活跃的未来,它也
向我们展示了宇宙是有意义的,以及一切都是被赋予尊严和智慧的。
当然,宇宙大爆炸理
论同样不可避免地带来了很多技术性的和理论上的挑战,随着它的发展,物理学家积极地
探索了不同的理论框架,为大爆炸理论的发展提供了更多分析和讨论。
宇宙大爆炸理论的影响已经深远。
它表明宇宙是有始有终的,给世界带来了新的生机、潜能和机会,并提出了新的探索方向。
它使我们在宇宙中看到了微乎其微的自然定律和规律,更重要的是,它激发了我们思考宇宙本质最原始的存在,改变了人类研究宇宙的方式
和视角。
在这场关于宇宙本源及大爆炸性质的争论中,宇宙大爆炸理论的发现开启了一
个新的时代,物理学家们基于此提出了更多的探讨和研究,也使得科学研究发生了Enormous突破。
宇宙大爆炸理论及其启示
宇宙大爆炸理论及其启示宇宙大爆炸理论,也被称为宇宙起源理论,是一种关于宇宙起源和演化的科学理论。
该理论认为,在宇宙的起源时刻,由于一种巨大的爆炸,整个宇宙开始以极高的温度和密度扩张。
这个理论的提出和发展,为人类认识宇宙的起源和发展提供了很大的启示。
首先,宇宙大爆炸理论启示我们,宇宙的起源并非是一个永恒存在的事物,而是有一个具体的初始时刻。
通过对宇宙膨胀的观测和计算,科学家们认为宇宙起源于距今约138亿年前的一个无限小、无限热、无限密的奇点。
这个奇点的产生标志着宇宙的起源,也给我们展示了宇宙的起点。
这个认识对于人类了解宇宙的形成和演化具有极大的意义。
其次,宇宙大爆炸理论还启示我们,整个宇宙的演化是一个不断扩张的过程。
根据宇宙膨胀的观测数据,科学家们得知,自宇宙大爆炸起,宇宙一直在不断膨胀、扩大。
这种扩张的速度被称为哈勃常数,它表示了宇宙的膨胀速率。
宇宙的扩张不仅仅存在于宇宙的井喷阶段,而是一直延续至今。
这个认知让我们明白,宇宙并不是一个静态的存在,而是在不断变化和演化的过程中。
此外,宇宙大爆炸理论还启示我们,宇宙中的一切物质都源于最初的宇宙大爆炸。
宇宙大爆炸释放出巨大的能量和物质,在此基础上,才有了包括行星、恒星、星系甚至人类在内的一切物质的形成。
这个认识对于理解宇宙中的物质和能量的起源和变化过程具有重要的指导意义。
宇宙大爆炸之后,宇宙中的物质通过引力的作用逐渐聚集形成了包括我们所在的银河系在内的众多星系,进而形成了各种不同种类的天体。
进一步地,宇宙大爆炸理论还启示我们,宇宙的演化是一个不断变化的过程,并且存在着很多未解之谜。
根据该理论,宇宙在最初的几十亿年内经历了快速膨胀、冷却和熵增等多个阶段。
这个过程中,宇宙中的物质和能量的分布、转化和相互作用发生了翻天覆地的变化。
而宇宙的进一步演化,包括黑暗能量、暗物质和引力等现象的存在,也给宇宙学家们留下了许多未解之谜。
这些未解之谜的存在,为我们提供了更多探索宇宙的动力和方向。
宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论的提出和背景引言宇宙大爆炸理论是关于宇宙起源和演化的重要科学理论。
它提出了一个关键观点,即整个宇宙起源于一次巨大的爆炸事件,从而揭示了宇宙的起始状态和随后的演化过程。
这个理论的提出对于我们理解宇宙的起源、构成和演化具有深远的意义。
早期宇宙学观点在宇宙大爆炸理论提出之前,人们对宇宙的起源和演化存在着各种不同的观点。
其中一种观点是稳态宇宙理论,即宇宙是永恒不变的,没有起点和终点。
然而,随着观测数据的积累和科技的进步,人们开始意识到这种观点无法解释宇宙中的一些观测事实,如宇宙微波背景辐射的存在和宇宙的膨胀现象。
大爆炸理论的提出宇宙大爆炸理论最早由比利时天文学家乔治∙勒梅特尔和俄国天文学家亚历山大∙弗里德曼在20世纪初提出,并在随后的几十年中得到了进一步的发展和完善。
他们基于爱因斯坦的广义相对论和观测数据,认为宇宙存在着膨胀的现象,而这个膨胀可以追溯到一个起点,即宇宙的初始状态。
大爆炸理论的支持与证据随着科技的进步和观测技术的提高,大量的观测数据支持了宇宙大爆炸理论。
其中最重要的证据之一是宇宙微波背景辐射的发现,这是一种来自宇宙早期的辐射残留,与大爆炸理论的预测非常吻合。
此外,还有宇宙中元素丰度的观测结果、宇宙结构的形成和演化过程等都与大爆炸理论相吻合。
大爆炸理论的影响与发展宇宙大爆炸理论的提出和证实对于我们理解宇宙的起源和演化产生了深远的影响。
它为宇宙学提供了一个框架,使我们能够推测宇宙的起始状态、演化过程以及未来的发展趋势。
同时,它也激发了更多的科学问题和研究方向,如暗物质和暗能量的性质、宇宙膨胀的加速过程等,这些问题仍然是宇宙学研究的热点领域。
结论宇宙大爆炸理论的提出和背景为我们揭示了宇宙的起源和演化的奥秘。
通过观测数据的支持和理论的发展,我们逐渐认识到宇宙从一个极端高温高密度的状态开始,经历了膨胀和演化的过程。
然而,仍然有许多未解之谜和挑战等待{“outline”:[“宇宙大爆炸理论的提出和背景”,“宇宙大爆炸的起源和过程”,“宇宙大爆炸理论的证据和支持”,“宇宙大爆炸对宇宙的影响和演化”,“宇宙大爆炸理论的未解之谜和研究方向”]}宇宙大爆炸的起源和过程引言宇宙大爆炸理论认为宇宙起源于一次巨大的爆炸事件,将整个宇宙从一个极端高温高密度的状态推向了膨胀和演化的过程。
宇宙大爆炸理论
宇宙大爆炸理论一、宇宙大爆炸理论的概述宇宙大爆炸理论是解释宇宙起源和演化最广为接受的科学模型。
该理论认为,宇宙起源于约138亿年前的一个极热、极密的状态,随后经历了急剧膨胀和冷却的过程。
这一理论不仅解释了宇宙的膨胀现象,还提供了关于宇宙早期状态的重要线索。
二、宇宙大爆炸理论的证据宇宙大爆炸理论的主要证据包括宇宙背景辐射的发现、宇宙的大尺度结构以及遥远星系的红移观测。
宇宙背景辐射是宇宙早期高温状态留下的余烬,其均匀分布支持了宇宙从一个热密集状态开始膨胀的观点。
此外,通过对遥远星系的观测,科学家们发现了宇宙膨胀的直接证据——所有星系似乎都在从我们远离,且距离越远的星系退行速度越快。
三、宇宙大爆炸理论的发展自20世纪初提出以来,宇宙大爆炸理论经历了多次修正和完善。
最初的静态宇宙模型被哈勃的观测结果推翻,随后爱因斯坦也放弃了他对宇宙常数的最初解释,转而支持宇宙膨胀的观点。
随着物理学的发展,特别是粒子物理学和量子力学的进步,科学家们对宇宙早期的物理条件有了更深入的理解。
四、宇宙大爆炸理论的挑战尽管宇宙大爆炸理论得到了广泛认可,但仍面临一些挑战和未解之谜。
例如,关于宇宙膨胀速率的加速(暗能量)、宇宙大尺度结构的形成机制、以及宇宙初期暴涨理论的具体物理过程等,都是当前研究的热点问题。
此外,理论与观测之间的一些不一致性也在促使科学家们寻找新的物理理论或修正现有理论。
五、结论宇宙大爆炸理论为我们提供了一个关于宇宙如何诞生和演化的基本框架。
尽管存在一些未解决的问题和挑战,但这一理论仍然是现代宇宙学研究的基石。
随着科学技术的发展和新观测数据的不断涌现,我们对宇宙起源和演化的理解将会更加深入。
请注意,以上内容是基于现有的科学理解和研究撰写而成,随着新发现的出现,部分细节可能会有所调整。
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论宇宙大爆炸【摘要】宇宙大爆炸是一种学说,是根据天文观测研究后得到的一种设想。
大约在150亿年前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,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。
宇宙大爆炸模型只适用于宇宙的大尺度上,而它也意味着宇宙是无边的。
【关键词】宇宙;大爆炸;模型;理论;证据宇宙大爆炸模型是对宇宙产生和发展过程的一种科学假设,它描述了宇宙的发展过程,是一种理论预言。
它由1948年乔治·伽莫夫和他的两位研究生一起提出,是现今被普遍接受的宇宙模型,被称为标准宇宙模型。
宇宙大爆炸模型指出:宇宙产生于空间奇点,时间由此开始,空间也由此不断膨胀。
1.宇宙大爆炸模型的涵义伽莫夫等在美国《物理评论》杂志上发表了关于大爆炸宇宙学模型的文章:提出宇宙是由甚早期温度极高且密度极大,体积极小的物质迅速膨胀形成的,这是一个由热到冷、由密到稀和不断膨胀的过程,犹如一次规模极其巨大的超级大爆炸。
宇宙大爆炸模型认为,大爆炸后的10^-43秒,宇宙中还没有任何粒子,只有时间、空间和真空场。
后10^-6秒,为强子时代,温度约为10^13k,夸克有条件结合成质子和中子等一类强子。
大爆炸后10^-2秒,为轻子时代,温度约为10^11k,产生重子的反应停止,重子增加。
4秒后,温度为10^9k,重子数目趋于稳定。
3分钟后,温度降到10^6k,中子和质子结合成氘核,氘核形成氦核。
这时,粒子发生反应的可能性很小,各粒子数丰度基本保持不变。
40万年后,进入“退耦代”,宇宙变透明,温度40000k,原子开始形成,核反应停止。
10亿年后,宇宙气态物质靠引力作用碰撞,形成星系与恒星。
100亿年后,银河系,太阳,行星开始形成,构成了今天的宇宙万物。
宇宙大爆炸模型是现代宇宙学中最有影响力的一种学说,比其它宇宙模型更能说明较多观测到的事实,在这个时期,宇宙不断地膨胀,温度从热到冷,密度从密到稀,当温度为10亿左右,中子开始失去自由存在的条件,要么发生衰变,要么与质子结合,化学元素就是从这一时期开始的。
[1]2.宇宙大爆炸模型的提出20世纪20年代,美国天文学家斯莱弗在研究远处的旋涡星云发出的光谱时,首先发现了光谱的红移,认识到了旋涡星云正快速远离人们而去。
1929年哈勃把这种退行红移的测量与星系的距离的测量结合起来,总结出了著名的哈勃定律:星系的退行速度v与它的距离r成正比,即v=Hr。
根据哈勃定律和后来更多天体红移的测定,人们相信宇宙在长时间内一直在膨胀,物质密度一直在变稀。
由此反推,宇宙的结构在某一时刻前是不存在的,它只能是演化的产物。
1948年美国物理学家伽莫夫、阿尔法、贝特等人发挥了勒梅特的思想,把宇宙的膨胀于物质的演化联系起来,提出了“宇宙大爆炸模型”。
因为它能较多他说明现时所观测到的事实,所以成为目前影响最大的宇宙学说。
由于伽莫夫、阿尔法和贝特三人的姓恰好是希腊字母的,因而被后人幽默的代表宇宙之始。
3.宇宙大爆炸模型的特征3.1.科学性假说来源于科学事实即宇宙天体红移现象和宇宙3k微波辐射背景的发现与科学理论即多普勒效应和热力学定律等,因而具有科学性。
3.2.假定性假说推测宇宙是由甚早期温度极高且密度极大,体积极小的物质迅速膨胀形成的,这是一个由热到冷、由密到稀和不断膨胀的过程,犹如一次规模极其巨大的超级大爆炸,其推测具有假定性。
3.3.易变性在宇宙大爆炸假说的框架上,1992年,萨莫林在前人基础上提出了宇宙自然选择学说,即母宇宙是空间闭合的,犹如一个黑洞,该黑洞在生存了一段时间后坍缩为一个奇点,奇点又会反弹爆炸膨胀为新的下一代宇宙,这体现了假说的易变性。
[2]4.宇宙大爆炸理论的证据4.1.宇宙的年龄如果星系目前正在彼此远离,那它们过去必定靠得更近,也就是说,较早时代的宇宙,物质密度会更高。
继续这一推理就意味着过去必定存在一个时刻,那时宇宙中的物质处于极其高密的状态。
按照哈勃定律将星系的距离除以各自的速度,就可估计出那一时刻距今约100—200亿年。
这段时间对所有星系来说是共同的,事实上它就是哈勃常数的倒数,那一时刻通常被称为“大爆炸”时刻,也就是我们宇宙的开端。
如果这一推论不错,那么宇宙中一切天体的年龄都不应超出这个“宇宙年龄”所界定的上限。
借助卢瑟福所开创的利用物质中放射性同位素含量测定其形成年代的方法,人们测量了地球上最古老的岩石、“阿彼罗11号”宇航员从月球上带回的岩石以及从行星际空间掉到地球上的陨石样本,发现它们的年龄均不超过47亿年。
恒星的年龄可以从它们的发光功率和拥有的燃料储备来估计。
根据热核反应提供恒星能源的理论,人们估算出银河系中最老恒星的年龄约为100—150亿年。
用上述两种完全不同的方法得到的天体年龄竞与“宇宙年龄”协调一致,这对大爆炸宇宙模型当然是十分有力的支持。
4.2.轻元素的丰度在大爆炸后一秒钟以前,宇宙不仅不可能存在星系、恒星,地球,甚至除氢核外也没有其他化学元素,只有处于热平衡状态下的由质子、中子、电子、光子等基本粒子混合而成的“宇宙汤”。
[3]起初,中子和质子的数量几乎相等,随着温度的降低,两者的比例逐渐下降,在约3分钟时达到1:6左右。
当温度降到10亿K时,中子和质子合成氘核的反应开始,类似氢弹爆炸时发生的聚变过程迅速把所有的中子合成到由两个质子和两个中子构成的氦核中。
由此不难算出,氦同氢的质量比应为1:4。
天文观测表明,无论宇宙的哪个角落,无论恒星还是星际物质中,氦与氢的比例均大体与此相符。
同一时期合成的氘、氚、锂、铍、硼等轻元素,尽管数量小的多,但它们的丰度也具有类似的普适性。
这对大爆炸模型无疑又是一个有力的支持。
4.3.微波背景辐射大爆炸模型的另一个重要遗迹是微波背景辐射。
前面说过,大爆炸后最初几分钟,宇宙就像一个氢弹爆炸时产生的火球,处处充满了温度高达10亿k的光辐射。
因为处于热平衡中,这种辐射强度随波长的分布服从普朗克分布。
随着宇宙的膨胀,辐射温度不断下降,但始终保持黑体谱形和总体均勾性。
按伽莫夫等人的计算,作为这种过程的遗迹,目前的宇宙中应普遍存在温度约3k的背景黑体辐射。
由于这辐射的峰值波长在1毫米附近,处于微波波段,故又称为微波背景辐射。
令人遗憾的是,这一重要预言在提出后的10多年中竟未引起人们的认真关注。
直到1964年,美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊用一架卫星通讯天线在7.35厘米波长处探测到一种来自宇宙空间的强度与方向无关的信号时,他们起初并不清楚自己发现的意义。
后来普林斯顿大学的皮伯斯等得知这一消息,才认识到这正是他们“踏破铁鞋无觅处”的宇宙背景辐射。
为了最后“验明正身”,20多年来,全世界天文学家对这种辐射的谱分布和方向进行了大规模的调查,形势逐渐明朗。
1989年,美国宇航局专门为此发射了宇宙背景探测者卫星,第一批测量数据表明:在从0.5毫米到5毫米的整个波段上,该辐射的谱分布与温度为2.735±0.06k的理想黑体完全相合;在扣除运动效应以后,天空不同方向的相对误差小于十万分之一。
[4]这就无容置疑地证明了微波背景辐射的黑体性和普适性。
它是热大爆炸模型最令人信服的证据,这一发现在现代宇宙学史上的地位只有宇宙膨胀的发现可以与之相比。
如果说,哈勃的发现打开了宇宙整体动力学演化研究的大门,那么彭齐亚斯和威尔逊的发现则打开了宇宙整体物理演化研究的大门。
4.4.星系演变和分布对星系和类星体的分类和分布的详细观测为大爆炸理论提供了强有力的支持证据。
理论和观测结果共同显示,最初的一批星系和类星体诞生于大爆炸后十亿年,从那以后更大的结构如星系团和超星系团开始形成。
由于恒星族群不断衰老和演化,我们所观测到的距离遥远的星系和那些距离较近的星系非常不同。
此外,即使距离上相近,相对较晚形成的星系也和那些在大爆炸之后较早形成的星系存在较大差异。
这些观测结果都和宇宙的稳恒态理论强烈抵触,而对恒星形成、星系和类星体分布以及大尺度结构的观测则通过大爆炸理论对宇宙结构形成的计算模拟结果符合得很好,从而使大爆炸理论的细节更趋完善。
4.5.其他证据人们通过对哈勃膨胀以及对微波背景辐射的观测,分别估算出了宇宙的年龄。
虽然这两个结果彼此曾经存在一些矛盾和争议,但最终还是取得了相当程度上的一致:两者都认为宇宙的年龄要稍大于最老的恒星的年龄。
两者的测量方法都是将恒星演化理论应用到球状星团上,并用放射性定年法测定每一颗第二星族恒星的年龄。
大爆炸理论预言了微波背景辐射的温度在过去曾经比现在要高,而对于位于高红移区域的气体云,通过观测它们对温度敏感的发射谱线已经证实了这个预言。
这个预言也意味着星系团中苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应的强度与红移并不直接相关;这一点从目前观测来看应该是近似正确,然而由于苏尼亚耶夫·泽尔多维奇效应的强度还和星系团的本身性质直接关联,并且星系团的性质在宇宙学的时间尺度上会发生根本的变化,因而导致无法精确检验这个猜想的正确性。
5.宇宙大爆炸理论的未来在发现暗能量之前,宇宙学家认为宇宙的未来存在有两种图景:如果宇宙能量密度超过临界密度,宇宙会在膨胀到最大体积之后坍缩,在坍缩过程中,宇宙的密度和温度都会再次升高,最后终结于同爆炸开始相似的状态——即大挤压;相反,如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度,膨胀会逐渐减速,但永远不会停止。
恒星形成会因各个星系中的星际气体都被逐渐消耗而最终停止;恒星演化最终导致只剩下白矮星、中子星和黑洞。
相当缓慢地,这些致密星体彼此的碰撞会导致质量聚集而陆续产生更大的黑洞。
宇宙的平均温度会渐近地趋于绝对零度,从而达到所谓大冻结。
此外,倘若质子真像标准模型预言的那样是不稳定的,重子物质最终也会全部消失,宇宙中只留下辐射和黑洞,而最终黑洞也会因霍金辐射而全部蒸发。
宇宙的熵会增加到极点,以致于再也不会有自组织的能量形式产生,最终宇宙达到热寂状态。
现代观测发现宇宙加速膨胀之后,人们意识到现今可观测的宇宙越来越多的部分将膨胀到我们的事件视界以外而同我们失去联系,这一效应的最终结果还不清楚。
在ΛCDM模型中,暗能量以宇宙学常数的形式存在,这个理论认为只有诸如星系等引力束缚系统的物质会聚集,并随着宇宙的膨胀和冷却它们也会到达热寂。
对暗能量的其他解释,例如幻影能量理论则认为最终星系群、恒星、行星、原子、原子核以及所有物质都会在一直持续下去的膨胀中被撕开,即所谓大撕裂。
[5]虽然在宇宙学中大爆炸模型已经建立得相当完善,在将来它仍然非常有可能被修正,例如对于宇宙诞生最早期的那一刻人们还几乎一无所知。
彭罗斯-霍金奇点定理表明,在宇宙时间的开端必然存在一个奇点。
但是,这些理论都是在广义相对论正确的前提下才成立,而广义相对论在宇宙达到普朗克温度之前必须失效,而一个可能存在的量子引力理论则有希望避免产生奇点。