• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.基础定义
  • 4.演绎过程
  • 4.1.初始阶段
  • 4.2.验证阶段
  • 4.3.成熟阶段
  • 5.产生原理
  • 6.基本假设
  • 7.爆炸简史
  • 8.观测事实
  • 9.相关概念
  • 9.1.膨胀空间
  • 9.2.视界
  • 9.3.微波辐射
  • 9.4.氦丰度
  • 10.主要证据
  • 11.理论获奖
  • 12.现存问题
  • 13.现代争论
  • 14.参考资料

宇宙大爆炸

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物理学理论模型

宇宙大爆炸(The universe big bang,又名:大爆炸宇宙论)是比利时天文学家和宇宙学家勒梅特(Georges Lematre)于1927年首次提出的一种假说,是现代宇宙学中最有影响的一种学说,它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史,在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。

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基本信息

  • 中文名

    宇宙大爆炸

  • 外文名

    The universe big bang ;The Big Bang Theory

  • 时间

    138.2亿年前1

  • 形成

    致密炽热的奇点膨胀爆炸

  • 理论创始人

    勒梅特伽莫夫哈勃等

基础定义

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“大爆炸宇宙论”(The Big Bang Theory)认为:宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1927年,比利时天文学家和宇宙学家勒梅特(Georges Lemaître)首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年,美国天文学家哈勃根据假说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。

现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。该理论的创始人之一是伽莫夫。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论,认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。上世纪末,对Ia超新星的观测显示,宇宙正在加速膨胀,因为宇宙可能大部分由暗能量组成。1

演绎过程

初始阶段

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=kTμv的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,于是在该公式中又强加了一个“宇宙常数”,以维持静态宇宙的计算结果。也就是说,最初的场方程其实是这样的:∧gμv+Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv,其中常数“∧”为宇宙常数。

验证阶段

宇宙大爆炸

但是自从1922年美国天文学家埃德温·哈勃开始观测到到“红移现象”开始,有关“宇宙膨胀”的观点开始形成。

1929年,埃德温·哈勃总结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,而近处的星系正在向我们靠近。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,当时宇宙处于一个密度无限的奇点。

听闻此事的爱因斯坦很快来到哈勃工作的威尔逊天文台,在哈勃的带领下亲自进行了红移现象的观测。访问结束后,爱因斯坦公开承认了自己主观意识影响科学结论的错误,并去掉了场方程中的宇宙常数,于是就有了我们今天所熟知的爱因斯坦场方程(Einstein Field Equation)。

成熟阶段

1948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,从一开始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,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。

产生原理

宇宙大爆炸

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。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。