什么是宇宙大爆炸?它是如何开始的?大爆炸是我们对宇宙如何开始的最适合的猜测。大爆炸是什么?大爆炸是对宇宙如何开始的主要解释。简单...
什么是宇宙大爆炸?它是如何开始的?
大爆炸是我们对宇宙如何开始的最适合的猜测。
大爆炸是什么?
大爆炸是对宇宙如何开始的主要解释。简单地说,它说我们所知道的宇宙是从一个无限热和密集的单点开始的,在接下来的138亿年里,它以难以想象的速度膨胀和伸展,然后以更可测量的速度膨胀和伸展,形成了我们今天所知道的仍在扩展的宇宙。
现有的技术还不能让天文学家从字面上看到宇宙的诞生,我们对大爆炸的理解大多来自于数学公式和模型。然而,天文学家可以通过一种被称为宇宙微波背景的现象看到膨胀的 "回声"。
虽然大多数天文学界都接受这个理论,但也有一些理论家除了大爆炸之外还有其他的解释,比如永恒的膨胀或振荡的宇宙。
大爆炸是如何开始的?
大约137亿年前,整个宇宙中的一切都浓缩在一个无限小的奇点中,一个具有无限密度和热量的点。
突然,一场爆炸性的膨胀开始了,宇宙以比光速还快的速度向外膨胀。根据物理学家艾伦·古思1980年的理论,这是一段宇宙膨胀的时期,只持续了不到一秒——大约10^-32秒,这个理论永远改变了我们对宇宙大爆炸的看法。
当宇宙暴胀戛然而止时,关于宇宙大爆炸的更经典的描述开始流行起来。一股物质和辐射的洪流,即所谓的“再热”,开始使我们的宇宙充满了我们今天所知道的东西:粒子、原子、将成为恒星和星系的东西等等。
据美国宇航局称,这一切都发生在宇宙诞生后的第一秒内,当时所有东西的温度都极高,约为100亿华氏度(55亿摄氏度)。宇宙现在包含了大量的基本粒子,如中子、电子和质子——这些原材料将成为今天存在的一切事物的基石。
因为不能容纳可见光,所以早期大爆炸实际上是不可能看到的,美国宇航局表示:“自由电子会导致光(光子)散射,就像阳光从云层中的水滴散射一样。”然而,随着时间的推移,这些自由电子与原子核相遇并产生中性原子,或具有相同正负电荷的原
这使得大爆炸后约38万年,光线才得以穿透,这种光有时被称为大爆炸的“余晖”,更确切地说是宇宙微波背景(CMB)。拉尔夫·阿尔弗和其他科学家在1948年首次预言了它,但直到近20年后才被偶然发现。
这个意外的发现发生在1965年,新泽西贝尔电话实验室的阿诺-彭齐亚斯和罗伯特-威尔逊在建造一个无线电接收器时,发现了高于预期的温度,根据美国国家航空航天局的说法。起初,他们认为该异常现象是由于鸽子试图在天线内栖息以及它们的排泄物造成的,但他们清理了混乱并杀死了鸽子,该异常现象仍然存在。
与此同时,由罗伯特-迪克领导的普林斯顿大学的一个小组正试图找到CMB的证据,并意识到彭齐亚斯和威尔逊用他们奇怪的观察发现了它。1965年,这两个小组分别在《天体物理学杂志》上发表了论文。
什么是宇宙大爆炸?
十万个冷知识
宇宙大爆炸说明了什么?
什么是宇宙的大爆炸?
大约在50亿年前,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。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。
人们是怎样能推测出曾经可能有过宇宙大爆炸呢?这就要依赖天文学的观测和研究。我们的太阳只是银河系中的一两千亿个恒星中的一个。像我们银河系同类的恒星系 —— 河外星系还有千千万万。从观测中发现了那些遥远的星系都在远离我们而去,离我们越远的星系,飞奔的速度越快,因而形成了膨胀的宇宙。
对此,人们开始反思,如果把这些向四面八方远离中的星系运动倒过来看,它们可能当初是从同一源头发射出去的,是不是在宇宙之初发生过一次难以想像的宇宙大爆炸呢?后来又观测到了充满宇宙的微波背景辐射,就是说大约在150亿年前宇宙大爆炸所产生的余波虽然是微弱的但确实存在。这一发现对宇宙大爆炸是个有力的支持。
宇宙大爆炸的观点:
1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论:整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中,后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中,提出了热大爆炸宇宙学模型:宇宙开始于高温、高密度的原始物质,最初的温度超过几十亿度,随着温度的继续下降,宇宙开始膨胀。
1965年,彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射,后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹,从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们也因此获1978年诺贝尔物理学奖。
20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。他对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释.
宇宙的起源:最初是比原子还要小的奇点,然后是大爆炸,通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子,这些粒子在能量的作用下,逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此,大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。然而,至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持,而且我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。
宇宙大爆炸理论:大爆炸理论
大爆炸理论是关于宇宙形成的最有影响的一种学说,英文说法为Big Bang,也称为大爆炸宇宙论。大爆炸理论诞生于20世纪20年代,在40年代得到补充和发展,但一直寂寂无闻。直到50年代,人们才开始广泛注意这个理论。
大爆炸理论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。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。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(见元素合成理论)。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。
大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实:
a)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下降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。
b)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。
c)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有如此多的氦。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。
d)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。
按照大爆炸理论,宇宙是150亿年前从一个极小的点诞生的,从那里诞生了时间和空间、质量和能量,从而由物质小微粒聚集成大团的物质,最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前,宇宙中没有物质,没有能量,甚至没有生命。
但是,大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样,或者说发生这次大爆炸的原因是什么?按照大爆炸理论,宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程,从大爆炸到黑洞的周而复始,便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。
这只是一个设想,并不是一个完美的理论。
大爆炸理论虽然并不成熟,但是仍然是主流的宇宙形成理论的关键就在于目前有一些证据支持大爆炸理论,比较传统的证据如下所示:
a)红位移
从地球的任何方向看去,遥远的星系都在离开我们而去,故可以推出宇宙在膨胀,且离我们越远的星系,远离的速度越快。
b)哈勃定律
哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。
V=H×D
其中,V(Km/sec)是远离速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常数,为50;D(Mpc)是星系距离。1Mpc=3.26百万光年。
c)氢与氦的丰存度
由模型预测出氢占25%,氦占75%,已经由试验证实。
d)微量元素的丰存度
对这些微量元素,在模型中所推测的丰存度与实测的相同。
e)3K的宇宙背景辐射
根据大爆炸学说,宇宙因膨胀而冷却,现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬,1965年,3K的背景辐射被测得。
f)背景辐射的微量不均匀
证明宇宙最初的状态并不均匀,所以才有现在的宇宙和现在星系和星团的产生。
g)宇宙大爆炸理论的新证据
在2000年12月份的英国《自然》杂志上,科学家们称他们又发现了新的证据,可以用来证实宇宙大爆炸理论。
长期以来,一直有一种理论认为宇宙最初是一个质量极大,体积极小,温度极高的点,然后这个点发生了爆炸,随着体积的膨胀,温度不断降低。至今,宇宙中还有大爆炸初期残留的称为“宇宙背景辐射”的宇宙射线。
科学家们在分析了宇宙中一个遥远的气体云在数十亿年前从一个类星体中吸收的光线后发现,其温度确实比现在的宇宙温度要高。他们发现,背景温度约为-263. 89摄氏度,比现在测量的-273.33的宇宙温度要高。
虽然已有上述证据存在,但是宇宙是否起源于大爆炸学说,仍然缺乏足够多的令人信服的证据。
宇宙大爆炸理论是现代宇宙学的一个主要流派,它能较满意地解释宇宙学的一些根本问题。宇宙大爆炸理论虽然在20世纪40年代才提出,但20年代以来就有了萌芽。20年代时,若干天文学者均观测到,许多河外星系的光谱线与地球上同种元素的谱线相比,都有波长变化,即红移现象。
到了1929年,美国天文学家哈勃总结出星系谱线红移星与星系同地球之间的距离成正比的规律。他在理论中指出:如果认为谱线红移是多普勒效果的结果,则意味着河外星系都在离开我们向远方退行,而且距离越远的星系远离我们的速度越快。这正是一幅宇宙膨胀的图像。
40年代美国天体物理学家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理论。该理论认为,宇宙在遥远的过去曾处于一种极度高温和极大密度的状态,这种状态被形象地称为“原始火球”。以后,火球爆炸,宇宙就开始膨胀,物质密度逐渐变稀,温度也逐渐降低,直到今天的状态。这个理论能自然地说明河外天体的谱线红移现象,也能圆满地解释许多天体物理学问题。1964年美国人彭齐亚斯和威尔逊又发现了宇宙大爆炸理论的新的有力证据。
该理论作为一门发展中的理论,虽然得到了绝大多数科学家的认同,但仍有一些解释不了的问题,需要进一步完善其理论体系。
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回答者:环境艺术百科 - 初入江湖 三级 4-6 13:13
你问了好多”是这样吗”但是我可以告诉你太阳不是宇宙的中心!
回答者:四夕小子 - 初学弟子 一级 4-6 13:13
就现在的理论来说
宇宙来源于一次大爆炸,爆炸之前的情况还无法推测,只能猜测其既没有空间也没有时间为只存在1个奇点,大爆炸指的就是这个奇点的大爆炸。
该奇点是一个密度趋于无穷大的点体积趋向无穷大,理论上来说应该包含的现在宇宙中的所有物质。
该奇点爆炸的原因还未明了。
大爆炸后奇点中所包含的物质随着空间的扩张、时间的经过以及温度的冷却开始重新组合,最终形成了组成现在这个宇宙的各种微粒(夸克、胶子然后是中子、质子再是原子、分子)
要想知道更多的知识我建议你去看看霍金的《时间简史》 和 《果壳里的宇宙》
回答者:奇点天遇 - 魔法师 四级 4-6 13:52
其实可以说太阳是宇宙中心。为什么呢?
宇宙起源于大爆炸,这是比较公认的说法。大爆炸起源于一点。如果将时间倒推到大爆炸时期,宇宙中所有的物质都集中于无穷小的一个点上,此时,可以说宇宙的每一个点都是宇宙的中心,只是那时太阳还没有诞生罢了
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。
象历史学家一样,宇宙学家意识到开启未来的钥匙在于过去。
早在1929年,埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现,即不管你往哪个方向看,远处的星系正急速地远离我们而去。换言之,宇宙正在不断膨胀。这意味着,在早先星体相互之间更加靠近。事实上,似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻,它们刚好在同一地方,所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻,当时宇宙无限紧密。
1950年前后,伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点,然后向四周的空气传播开去的那种爆炸,而是一种在各处同时发生,从一开时就充满整个空间的那种爆炸,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,甚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。
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,宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史:
大爆炸开始时 150-200亿年前,极小体积,极高密度,极高温度。
大爆炸后10-43秒 宇宙从量子背景出现。
大爆炸后10-35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。
大爆炸后10-5秒 10万亿度,质子和中子形成。
大爆炸后0.01秒 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,温度和密度不断下降。
大爆炸后0.1秒后 300亿度,中子质子比从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后 100亿度,中微子向外逃逸,正负电子湮没反应出现,核力尚不足束缚中子和质子。
大爆炸后13.8秒后 30亿度,氘、氦类稳定原子核(化学元素)形成。
大爆炸后35分钟后 3亿度,核过程停止,尚不能形成中性原子。
大爆炸后30万年后 3000度,化学结合作用使中性原子形成,宇宙主要成分为气态物质,并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块,直至恒星和恒星系统。
大爆炸理论模型得到若干重要观测事实的支持:
(1)星系距离越远退行速度越大
大爆炸理论的科学性令人不得不信服。最直接的证据来自对遥远星系光线特征的研究。20年代,天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)研究了维斯托·斯里弗(Vesto Slipher)所作的观测。他注意到,远星系的颜色比近星系的要稍红些。哈勃仔细测量了这种红化,并作了一张图。他发现,这种红化是系统性的,星系离我们越远,它就显得越红。
光的颜色与它的波长有关。在白光光谱中蓝光位于短波端,红光位于长波端。遥远星系的红化意味着它们的光波波长已稍微变长了。在仔细测定许多星系光谱中特征谱线的位置后,哈勃证实了这个效应。他认为,光波变长是由于宇宙正在膨胀的结果。哈勃的这个重大发现奠定了现代宇宙学的基础。
膨胀中宇宙的性质使许多人困惑不解。从地球的角度来看,好像遥远的星系都正飞快地远离我们而去。但是,这并不意味着地球就是宇宙的中心。平均而言,宇宙不同地方的膨胀图像都是相同的。可以说每一点都是中心,又没有一点是中心。我们最好把它想象成星系间的空间在伸长或膨胀,而不是星系在空间中运动。这一点与我们日常生活中见到的源于一点的爆炸不同。
空间可以伸长这一事实看上去似乎离奇古怪,不过这却是1915年爱因斯坦广义相对论发表以来科学家们早就熟知的概念。广义相对论认为,引力实际上是空间(严格地说是时空)弯曲或变形的一种表现。从某种意义上来说空间是有弹性的,可以按某种方式弯曲或伸长,具体情况取决于物质的排列。这个思想已为观测所充分证实。
膨胀空间的基本概念可通过一项简单的模拟来加以理解。想象在一条松紧带上缝有一排纽扣。现在假定从松紧带的两端把它拉长,结果所有的纽扣都彼此远离。不论我们选择从哪个纽扣来看,它邻侧的纽扣似乎都在远离,而且这种膨胀是处处相同的,不存在特殊的中心。当然,我们在画这排纽扣时,它有一个中心纽扣,但这与系统的膨胀方式毫不相干。只要把这条带纽扣的松紧带无限加长,或环成一个圆圈,这个中心便不再存在了。
从任意一个纽扣来看,离它最近的[url纽扣以某种速度退行,再下一个纽扣则以两倍数度退行,依此类推。在你看来,纽扣离得越远,它退行得越快。因此这种膨胀意味着退行速度与距离成正比-这是一个极为重要的关系。借助这个图像,我们现在就可想象出光波是如何在膨胀空间中或星系间传播的。当空间伸长时,光波波长也跟着变长,这就解释了宇宙学红移现象。哈勃发现,红移量与距离成正比,同这个简单的图像模拟结果完全一致。
(2)3K宇宙微波背景辐射(1978年诺贝尔物理奖)
早在四十年代末,大爆炸宇宙论的鼻祖伽莫夫认为,我们的宇宙正沐浴在早期高温宇宙的残余辐射中,其温度约为6K。正如一个火炉虽然不再有火了,还可以冒一点热气。
1964年,美国贝尔电话公司年轻的工程师-彭齐亚斯和威尔逊,在调试他们那巨大的喇叭形天线时,出乎意料地接收到一种无线电干扰噪声,各个方向上信号的强度都一样,而且历时数月而无边化。
难道是仪器本生有毛病吗?或者是栖息在天线上的鸽子引起的?他们把天线拆开重新组装,依然接收到那种无法解释的噪声。这种噪声的波长在微波波段,对应于有效温度为3.5K的黑体辐射出的电磁波(它的谱与达到某种热平衡态的熔炉内的发光情况精确相符,这种辐射就是物理学家说熟知的"黑体辐射")。他们分析后认为,这种噪声肯定不是来自人造卫星,也不可能来自太阳、银河系或某个河外星系射电源,因为在转动天线时,噪声强度始终不变。
后来,经过进一步测量和计算。得出辐射温度是2.7K,一般称之为3K宇宙微波背景辐射。这一发现,使许多从事大爆炸宇宙论研究的科学家们获得了极大的鼓舞。因为彭齐亚斯和威尔逊等人的观测竟与理论预言的温度如此接近,正是对宇宙大爆炸论的一个非常有力的支持!这是继1929年哈勃发现星系谱线红移后的又一个重大的天文发现。
宇宙微波背景辐射的发现,为观测宇宙开辟了一个新领域,也为各种宇宙模型提供了一个新的观测约束,它因此被列为20世纪60年代天文学四大发现之一。彭齐亚斯和威尔逊于1978年获得了诺贝尔物理学奖。瑞典科学院在颁奖决定中指出:这一发现,使我们能够获得很久以前宇宙创生时期所发生的宇宙过程的信息。
(3)宇宙氦丰度
最后还有一个证实炽热高密度宇宙起源理论的证据。只要知道今天热辐射的温度,由热大爆炸理论很容易计算出宇宙诞生后约1秒时各处的温度约为100亿度,这对现有的原子核的合成来说也是太高了。那时物质必定被撕裂成最基本的成分,形成一锅基本粒子汤,诸如质子、中子和电子。但是,随着这锅汤变冷,核反应就可能出现了。
http://zhidao.baidu.com/question/2339833.html
http://www.ylsyz.com.cn/upload/stuweb/liushuai/yuzhoudbz.htm
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“大爆炸宇宙论”认为:宇宙是由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1929年,美国天文学家哈勃提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。
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。
象历史学家一样,宇宙学家意识到开启未来的钥匙在于过去。
早在1929年,埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现,即不管你往哪个方向看,远处的星系正急速地远离我们而去。换言之,宇宙正在不断膨胀。这意味着,在早先星体相互之间更加靠近。事实上,似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻,它们刚好在同一地方,所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻,当时宇宙无限紧密。
1950年前后,伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点,然后向四周的空气传播开去的那种爆炸,而是一种在各处同时发生,从一开时就充满整个空间的那种爆炸,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,甚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。
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,宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史:
大爆炸开始时 150-200亿年前,极小体积,极高密度,极高温度。
大爆炸后10-43秒 宇宙从量子背景出现。
大爆炸后10-35秒 同一场分解为强力、电弱力和引力。
大爆炸后10-5秒 10万亿度,质子和中子形成。
大爆炸后0.01秒 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,温度和密度不断下降。
大爆炸后0.1秒后 300亿度,中子质子比从1.0下降到0.61。
大爆炸后1秒后 100亿度,中微子向外逃逸,正负电子湮没反应出现,核力尚不足束缚中子和质子。
大爆炸后13.8秒后 30亿度,氘、氦类稳定原子核(化学元素)形成。
大爆炸后35分钟后 3亿度,核过程停止,尚不能形成中性原子。
大爆炸后30万年后 3000度,化学结合作用使中性原子形成,宇宙主要成分为气态物质,并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块,直至恒星和恒星系统。
大爆炸理论模型得到若干重要观测事实的支持:
(1)星系距离越远退行速度越大
大爆炸理论的科学性令人不得不信服。最直接的证据来自对遥远星系光线特征的研究。20年代,天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)研究了维斯托·斯里弗(Vesto Slipher)所作的观测。他注意到,远星系的颜色比近星系的要稍红些。哈勃仔细测量了这种红化,并作了一张图。他发现,这种红化是系统性的,星系离我们越远,它就显得越红。
光的颜色与它的波长有关。在白光光谱中蓝光位于短波端,红光位于长波端。遥远星系的红化意味着它们的光波波长已稍微变长了。在仔细测定许多星系光谱中特征谱线的位置后,哈勃证实了这个效应。他认为,光波变长是由于宇宙正在膨胀的结果。哈勃的这个重大发现奠定了现代宇宙学的基础。
膨胀中宇宙的性质使许多人困惑不解。从地球的角度来看,好像遥远的星系都正飞快地远离我们而去。但是,这并不意味着地球就是宇宙的中心。平均而言,宇宙不同地方的膨胀图像都是相同的。可以说每一点都是中心,又没有一点是中心。我们最好把它想象成星系间的空间在伸长或膨胀,而不是星系在空间中运动。这一点与我们日常生活中见到的源于一点的爆炸不同。
空间可以伸长这一事实看上去似乎离奇古怪,不过这却是1915年爱因斯坦广义相对论发表以来科学家们早就熟知的概念。广义相对论认为,引力实际上是空间(严格地说是时空)弯曲或变形的一种表现。从某种意义上来说空间是有弹性的,可以按某种方式弯曲或伸长,具体情况取决于物质的排列。这个思想已为观测所充分证实。
膨胀空间的基本概念可通过一项简单的模拟来加以理解。想象在一条松紧带上缝有一排纽扣。现在假定从松紧带的两端把它拉长,结果所有的纽扣都彼此远离。不论我们选择从哪个纽扣来看,它邻侧的纽扣似乎都在远离,而且这种膨胀是处处相同的,不存在特殊的中心。当然,我们在画这排纽扣时,它有一个中心纽扣,但这与系统的膨胀方式毫不相干。只要把这条带纽扣的松紧带无限加长,或环成一个圆圈,这个中心便不再存在了。
从任意一个纽扣来看,离它最近的[url纽扣以某种速度退行,再下一个纽扣则以两倍数度退行,依此类推。在你看来,纽扣离得越远,它退行得越快。因此这种膨胀意味着退行速度与距离成正比-这是一个极为重要的关系。借助这个图像,我们现在就可想象出光波是如何在膨胀空间中或星系间传播的。当空间伸长时,光波波长也跟着变长,这就解释了宇宙学红移现象。哈勃发现,红移量与距离成正比,同这个简单的图像模拟结果完全一致。
(2)3K宇宙微波背景辐射(1978年诺贝尔物理奖)
早在四十年代末,大爆炸宇宙论的鼻祖伽莫夫认为,我们的宇宙正沐浴在早期高温宇宙的残余辐射中,其温度约为6K。正如一个火炉虽然不再有火了,还可以冒一点热气。
1964年,美国贝尔电话公司年轻的工程师-彭齐亚斯和威尔逊,在调试他们那巨大的喇叭形天线时,出乎意料地接收到一种无线电干扰噪声,各个方向上信号的强度都一样,而且历时数月而无边化。
难道是仪器本生有毛病吗?或者是栖息在天线上的鸽子引起的?他们把天线拆开重新组装,依然接收到那种无法解释的噪声。这种噪声的波长在微波波段,对应于有效温度为3.5K的黑体辐射出的电磁波(它的谱与达到某种热平衡态的熔炉内的发光情况精确相符,这种辐射就是物理学家说熟知的"黑体辐射")。他们分析后认为,这种噪声肯定不是来自人造卫星,也不可能来自太阳、银河系或某个河外星系射电源,因为在转动天线时,噪声强度始终不变。
后来,经过进一步测量和计算。得出辐射温度是2.7K,一般称之为3K宇宙微波背景辐射。这一发现,使许多从事大爆炸宇宙论研究的科学家们获得了极大的鼓舞。因为彭齐亚斯和威尔逊等人的观测竟与理论预言的温度如此接近,正是对宇宙大爆炸论的一个非常有力的支持!这是继1929年哈勃发现星系谱线红移后的又一个重大的天文发现。
宇宙微波背景辐射的发现,为观测宇宙开辟了一个新领域,也为各种宇宙模型提供了一个新的观测约束,它因此被列为20世纪60年代天文学四大发现之一。彭齐亚斯和威尔逊于1978年获得了诺贝尔物理学奖。瑞典科学院在颁奖决定中指出:这一发现,使我们能够获得很久以前宇宙创生时期所发生的宇宙过程的信息。
(3)宇宙氦丰度
最后还有一个证实炽热高密度宇宙起源理论的证据。只要知道今天热辐射的温度,由热大爆炸理论很容易计算出宇宙诞生后约1秒时各处的温度约为100亿度,这对现有的原子核的合成来说也是太高了。那时物质必定被撕裂成最基本的成分,形成一锅基本粒子汤,诸如质子、中子和电子。但是,随着这锅汤变冷,核反应就可能出现了
宇宙大爆炸是爱因斯坦根据狭义相对论得出的一组解其中的一个。
可惜,在爆炸的那一刻,所有的物理规律全部失效,所以被科学界称为奇点。
宇宙从哪里而来?宇宙在大爆炸之前是什么样子的?
根据现代科学理念,宇宙来源于一次奇点大爆炸,大约在138亿年前,一个体积无限小,质量无限大的奇点出现了,然后因为未知的原因这个奇点发生了大爆炸,宇宙随之诞生。虽然很多人认可这个宇宙大爆炸理论,但是新的问题又出现了,那就是这个奇点是哪里来的,还有大爆炸之前是什么样的?对此,科学家也提出了几种可能的猜测。
一、宇宙大爆炸之前已经存在一个伪宇宙,要解释这个,我们就要从真空说起,在我们的认知里,认为广袤的宇宙除了行星、恒星和星系以外,绝大部分地方都是真空。其实这种认知是错误的,看似虚无的真空,其实蕴藏着勃勃生机,无数幽灵般的粒子忽然之间出现,又转眼归于虚无。
科学家将这种无法直接检测的粒子称为“虚粒子”,而虚粒子自发出现和湮灭的过程就是真空量子波动,在波动的过程中其实也就是能量的传递和转化,而这种虚粒子可能并不是宇宙大爆炸之后产生的,而在大爆炸之前就已经存在了。
根据能量守恒定律,能量不能无缘无故的产生,也不会凭空消失,只能从一种形式转化为另一种形式,从一个物体转移到其它物体,而总能量保持不变。而宇宙大爆炸想要发生,那必然是需要能量的,这个能量的来源有可能就是来自虚粒子。
宇宙没有大爆炸之前的空间是属于“伪”真空态。伪真空中同样存在量子波动,虽然大多数量子波动持续时间非常短暂,但尺度无限的空间蕴含无数可能——如果某个地方量子随机涨落的时间足够长,就有可能激发伪真空。由于量子隧穿效应,不稳定的伪真空将衰变为真真空——奇点大爆炸的“导火索”就会被点燃,大爆炸随之发生,宇宙也随之诞生。
二、宇宙大爆炸之前是另一个宇宙,这种理论认为,我们现在的宇宙是上一个宇宙,生命走到尽头爆炸诞生的。我们都知道,生命不能永恒,有生有死。而天体也不可能永恒,恒星也有自己的寿命,恒星生命走到末期的时候,先向外不断膨胀,然后向内坍缩爆炸,也就是所谓的超新星爆炸。
同样的道理,宇宙有可能也可不是永恒的,也是有生死轮回,当一个宇宙随着漫长的岁月,也会逐渐走向死亡,宇宙诞生之后开始快速膨胀,等到生命的末期,它同样开始向内坍缩,然后发生大爆炸,一个新的宇宙诞生。
可能你会说,这个理论有证据支持吗?科学家在多年前就发现,我们的宇宙中存在着很多非常古老的星体和陨石,而它们跟我们宇宙常见的那些陨石和星体完全不同,它们的材质不仅特殊还非常古老,于是人们便大胆推测这些星体很有可能是爆炸之前从上个宇宙中遗留下来的。
同样,科学家还在宇宙中发现了一些非常古老特殊的星带,它们也跟我们宇宙的物质不一样,也有可能是从上个宇宙留存下来的。不过,以现在人类的科技,我们还无法探测到宇宙的边缘,由于宇宙大爆炸之后,开始快速向外膨胀,因此一些古老的星体或物质,大部分都随着宇宙的膨胀到了宇宙的边缘地带。
如果人类未来能够观测到的宇宙的边缘,就有可能发现很多古老的星体和物质,那个时候或许就会揭开宇宙的来源之谜。
三、多元宇宙学论,很早以前,有科学家提出了多元宇宙论,认为宇宙并不是唯一的,而是由很多个宇宙组成。我们的宇宙只是无数宇宙中的一个,在宇宙之外有更加广阔无垠的虚无空间,在这个空间中林立着数不尽的泡沫宇宙,它们像星球一样,漂浮在无边无际的虚无空间中。
如果多元宇宙是成立且存在的,那对于宇宙的来历以及宇宙大爆炸理论,可能将会产生多个版本。一直以来,科学家都搞不明白我们的宇宙到底是如何来的,虽然现代科学说是来源于奇点大爆炸,可问题是这个奇点又是如何来的,以及引导奇点发生大爆炸的能量来自于何处?
因为在大爆炸之前没有空间,也没有时间,所以根本没法想象爆炸之前是什么样子,也没有任何意义。
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