宇宙大爆炸论文

宇宙大爆炸

宇宙大爆炸

在上《地球科学概论》选修课之前就曾听说过宇宙大爆炸，觉得很是神秘。通过观看了纪律片《宇宙大爆炸》以及课后搜集的资料，我对宇宙大爆炸有了更深的认识。

常常有人这样问：“什么是大爆炸？”“宇宙的中心是在哪？”“宇宙是怎样产生的？”下面我将从四方面来诠释宇宙大爆炸。

何处是中心

我们在宇宙中处于怎样的位置，宇宙有没有起源，如果有，它是怎样起源的呢？几千年来人类观察宇宙的手段从肉眼发展到望远镜和人造卫星。视野从太阳系扩展到银河系和河外星系，而对宇宙的认识则经历了蒙昧时期的神话。

三国时期徐整整理的《三五历经》记录了盘古开天辟地的神话。一千多年前，哥白尼的“日心说”打败了托勒密创立以地球为中心的“地心说”，认为太阳才是宇宙的中心。可后来的人们却发现，把太阳作为宇宙的中心，同样也有很多问题。伽利略的发现，牛顿的研究以及开普勒和多普勒的结论，都使人类认识到，太阳也不是宇宙的中心。这些伟大的科学家们在探寻真理的道路上不断地前进，也为我们一步步揭开了宇宙神秘的面纱。

1609年底，意大利物理学家伽利略用一台放大率三十二倍的望远镜开始观测天体，发现在木星周围有四个暗弱的星体在围绕着它运转，人类第一次发现了有天体围绕不是地球的行星在运行，从此日心说得以确定。

虽然确定了日心说，但有一个问题还没解决：究竟是什么原因维持着这些天体的运动？它是"万有引力"。一个大质量的物体，才可以把一个较小的物体吸引到自身上来，所以，苹果才会从树上落下来。也是"万有引力"使得人能够站在移动的地球上。"万有引力"让宇宙中所有的行星保持运动，宇宙也因此而永恒不变。

1880年前后，哈金斯对太阳光谱中构成谱线的化学元素进行分析，发现太阳和恒星的光谱线中，都有着清晰的氢和氦的特征线。太阳和恒星主要是由氢和氦构成的。太阳只不过是一颗普通的恒星。我们这时应该明白，地球不是宇宙的中心，太阳也同样不是宇宙的中心。

2006年10月3日瑞典斯德哥尔摩瑞典皇家科学院宣布将本年度诺贝尔物理学奖授予美国科学家--约翰-马瑟和乔治-斯穆特。以表彰他们发现了宇宙微博背景辐射的黑体谱形及其温度在空间不同方向的微小变化。他们用科比卫星进行的精确观测为宇宙起源的大爆炸理论提供了有力支持。

给我证据

我们的宇宙是如何形成的，原始状态如何?

1905年，爱因斯坦提出了狭义相对论；10年之后，他又提出了广义相对论。在爱因斯坦的理论中，每个物体会对周围的时空产生影响，它们在时空中造成凹陷或扭曲，一个物体经过另一个物体的旁边，路径就会受到扭曲而偏向，这就好像是物质互相吸引一样。

爱因斯坦利用非欧几何里在1917年提出了一个宇宙模型。这个模型的空间部分是一个球面，弯曲的空间使得宇宙看起来是有限的，因此可以避免引力变成无限大的问题。但是爱因斯坦发现，和牛顿的宇宙一样，这个模型里的物质也很难保持静止不动，于是爱因斯坦就在他的广义相对论方程当中加入一个表示斥力的一项：宇宙学常数。但是这个常数却遭到了数位科学家的质疑，最终的说法，认为宇宙是从一个原始原子开始，不断分裂膨胀而成的，就如同一颗小小的橡果，长大成为一棵参天的橡树那样，这就是宇宙大爆炸理论的由来，同时爱因斯坦承认引进"宇宙学常数"是他一生最大的失误。

但是，剑桥大学的数学家弗里德·霍伊尔却反对宇宙起源于一次大爆炸的说法，他提

出了一个尖锐的问题：如果宇宙起始于一次大爆炸，在那种高温高热状态下所产生的辐射，一定会在太空中留下某种痕迹，即使是在大爆炸已经过去了140亿年的今天，也应该能找到哪怕一丁点儿辐射痕迹的残留。可问题是，这个痕迹能找到吗?

宇宙的密码

科学需要用事实来证明，那上文提到的那个痕迹能找到吗？

在霍依尔提出"如果大爆炸真的发生过，请问爆炸所遗留下来的痕迹在哪里"的质疑以后，伽莫夫和他的学生就在研究这个问题。伽莫夫和他的学生们坚信，高热爆炸产生的辐射，即使是在100多亿年后的今天，也不会完全消失。由于宇宙大爆炸是处处都在进行，所以我们朝任何一个方向看去，都应该能看到大爆炸产生的这个光；但由于宇宙的膨胀，这些光的能量降低了，波长也变长了，现在处于微波波段，温度是这个绝对温度的几K，但是我们用仪器应该是能探测到。

正是由于知道了这一点，伽莫夫才对找到大爆炸遗留的辐射充满信心。巧合往往会促成研究上的重大发现，当时美国贝尔实验室建立了一座用于卫星通信试验的，高灵敏度微波天线，卫星通信实验结束以后，贝尔实验室的两位科学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊；当他们对它先进行严格的测试和校准的过程中发现老有一种多余的噪声。不管把天线对着哪个方向，烦人的噪声总是挥之不去，即使把天线指向太空，噪声依然存在。

排除各种干扰因素他们都无法找到噪声的根源。到第二年，他们快要绝望的时候，彭齐亚斯偶然和同行伯克聊起此事，伯克说：他的一位朋友，曾听过普林斯顿大学一位叫皮伯斯的学者作过的一个报告，谈到他们也在进行类似的工作。伯克告诉彭齐亚斯，他们发现的奇怪噪声，可能正是普林斯顿大学狄基小组正在寻找的东西。于是彭齐亚斯赶紧给狄基打去电话。当罗伯特·威尔逊和彭齐亚斯看到狄基教授带去的仪器和记录时，他们终于明白，那个推论中的宇宙大爆炸的痕迹，被他们无意中发现了。

"宇宙微波背景辐射"也就是大爆炸痕迹的发现，以确凿的证据证明了，宇宙的确曾经处于与今天完全不同的高温高密状态，这是继哈勃发现宇宙膨胀之后，宇宙学研究上的又一个重大突破。

宇宙的模样

问题一直在继续，我们相信宇宙的模样一定能够被人类发现。我们生活的宇宙究竟是哪一种几何形状呢？

1998年12月29日，一批来自美国、意大利等国家的科学家，在南极放飞了一个高灵敏度的氦气球,气球升入35公里的高空，在大气环流的作用下，围绕南极点飞行了11天后，在离放飞点不足50公里的地方成功降落，气球上携带着最新研制的微波背景辐射探测装置，科学家们对这次飞行观测收集的数据进行了近两年的分析，观测的结果表明，宇宙的几何正如暴胀理论预言的那样，完全是平直的。

2001年6月30日，美国航空航天局的MAP卫星发射升空。卫星被送到距离地球一百多万公里的拉格朗日点上，在这里，太阳、地球、卫星始终在一条线上。卫星背向太阳和地球缓缓扫描着天空，收集着来自宇宙深处的数据。2003年，WMAP第一年观测的数据发表了，观测结果的精度大大提高，与气球的实验结果也非常一致。我们终于知道，宇宙空间是平直的，暴胀理论得到了初步的证实。同时，宇宙的年龄和大尺度结构问题在这个理论框架内也得到了完满的解决。

我们终于可以得出一个确切的答案，宇宙是在大约140亿年前由一次大爆炸所产生，其中30%是物质，70%是我们还不知道究竟是什么的暗能量，而在宇宙中由星星所组成的星系它们分布并不均匀。此外还有一点，就是宇宙空间是平直的，它还在膨胀着……