Astronomy 版 (精华区)

发信人: reise (疼你的责任), 信区: Astronomy
标  题: 大爆炸理论
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月14日22:04:51 星期三), 站内信件

　　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。

　　注解：3K是什么意思？二十世纪六十年代初，美国科学家彭齐亚斯和Ｒ·Ｗ·
威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。1964年，他们
用它测量银晕气体射电强度。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依
然有消除不掉的背景噪声。他们认为，这些来自宇宙的波长为7.35厘米的微波噪声
相当于3.5Ｋ。1965年，他们又订正为3Ｋ，并将这一发现公诸于世，为此获1978年
诺贝尔物理学奖金。

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