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誰能簡述壹下宇宙變遷的過程

大爆炸理論是關於宇宙形成的最有影響的壹種學說,英文說法為Big Bang,也稱為大爆炸宇宙論。大爆炸理論誕生於20世紀20年代,在40年代得到補充和發展,但壹直寂寂無聞。直到50年代,人們才開始廣泛註意這個理論。

大爆炸理論的主要觀點是認為我們的宇宙曾有壹段從熱到冷的演化史。在這個時期裏,宇宙體系並不是靜止的,而是在不斷地膨脹,使物質密度從密到稀地演化。這壹從熱到冷、從密到稀的過程如同壹次規模巨大的爆發。根據大爆炸宇宙學的觀點,大爆炸的整個過程是:在宇宙的早期,溫度極高,在100億度以上。物質密度也相當大,整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質子、電子、光子和中微子等壹些基本粒子形態的物質。但是因為整個體系在不斷膨脹,結果溫度很快下降。當溫度降到10億度左右時,中子開始失去自由存在的條件,它要麽發生衰變,要麽與質子結合成重氫、氦等元素;化學元素就是從這壹時期開始形成的。溫度進壹步下降到100萬度後,早期形成化學元素的過程結束(見元素合成理論)。宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和壹些比較輕的原子核。當溫度降到幾千度時,輻射減退,宇宙間主要是氣態物質,氣體逐漸凝聚成氣雲,再進壹步形成各種各樣的恒星體系,成為我們今天看到的宇宙。

大爆炸模型能統壹地說明以下幾個觀測事實:

a)理論主張所有恒星都是在溫度下降後產生的,因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今天這壹段時間為短,即應小於200億年。各種天體年齡的測量證明了這壹點。

b)觀測到河外天體有系統性的譜線紅移,而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋,那麽紅移就是宇宙膨脹的反映。

c)在各種不同天體上,氦豐度相當大,而且大都是30%。用恒星核反應機制不足以說明為什麽有如此多的氦。而根據大爆炸理論,早期溫度很高,產生氦的效率也很高,則可以說明這壹事實。

d)根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等,可以具體計算宇宙每壹歷史時期的溫度。

按照大爆炸理論,宇宙是150億年前從壹個極小的點誕生的,從那裏誕生了時間和空間、質量和能量,從而由物質小微粒聚集成大團的物質,最終形成星系、恒星和行星等。在大爆炸發生前,宇宙中沒有物質,沒有能量,甚至沒有生命。

但是,大爆炸理論無法回答現在的宇宙在大爆炸發生之前到底是什麽樣,或者說發生這次大爆炸的原因是什麽?按照大爆炸理論,宇宙沒有開端。它只是壹個循環不斷的過程,從大爆炸到黑洞的周而復始,便是宇宙創生與毀滅並再創生的過程。

這只是壹個設想,並不是壹個完美的理論。

大爆炸理論雖然並不成熟,但是仍然是主流的宇宙形成理論的關鍵就在於目前有壹些證據支持大爆炸理論,比較傳統的證據如下所示:

a)紅位移

從地球的任何方向看去,遙遠的星系都在離開我們而去,故可以推出宇宙在膨脹,且離我們越遠的星系,遠離的速度越快。

b)哈勃定律

哈勃定律就是壹個關於星系之間相互遠離速度和距離的確定的關系式。仍然是說明宇宙的運動和膨脹。

V=H×D

其中,V(Km/sec)是遠離速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常數,為50;D(Mpc)是星系距離。1Mpc=3.26百萬光年。

c)氫與氦的豐存度

由模型預測出氫占25%,氦占75%,已經由試驗證實。

d)微量元素的豐存度

對這些微量元素,在模型中所推測的豐存度與實測的相同。

e)3K的宇宙背景輻射

根據大爆炸學說,宇宙因膨脹而冷卻,現今的宇宙中仍然應該存在當時產生的輻射余燼,1965年,3K的背景輻射被測得。

f)背景輻射的微量不均勻

證明宇宙最初的狀態並不均勻,所以才有現在的宇宙和現在星系和星團的產生。

g)宇宙大爆炸理論的新證據

在2000年12月份的英國《自然》雜誌上,科學家們稱他們又發現了新的證據,可以用來證實宇宙大爆炸理論。

長期以來,壹直有壹種理論認為宇宙最初是壹個質量極大,體積極小,溫度極高的點,然後這個點發生了爆炸,隨著體積的膨脹,溫度不斷降低。至今,宇宙中還有大爆炸初期殘留的稱為“宇宙背景輻射”的宇宙射線。

科學家們在分析了宇宙中壹個遙遠的氣體雲在數十億年前從壹個類星體中吸收的光線後發現,其溫度確實比現在的宇宙溫度要高。他們發現,背景溫度約為-263. 89攝氏度,比現在測量的-273.33的宇宙溫度要高。

雖然已有上述證據存在,但是宇宙是否起源於大爆炸學說,仍然缺乏足夠多的令人信服的證據。

註解:3K是什麽意思?二十世紀六十年代初,美國科學家彭齊亞斯和R·W·威爾遜為了改進衛星通訊,建立了高靈敏度的號角式接收天線系統。1964年,他們用它測量銀暈氣體射電強度。為了降低噪音,他們甚至清除了天線上的鳥糞,但依然有消除不掉的背景噪聲。他們認為,這些來自宇宙的波長為7.35厘米的微波噪聲相當於3.5K。1965年,他們又訂正為3K,並將這壹發現公諸於世,為此獲1978年諾貝爾物理學獎金。

(摘自/)

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