大爆炸理論的主要思想是,我們的宇宙曾經有壹段從熱到冷的進化史。在此期間,宇宙系統不是靜止的,而是不斷膨脹的,使得物質的密度從稠密演化到稀疏。這個由熱到冷,由密到稀的過程,就像壹次巨大的爆炸。根據宇宙大爆炸的宇宙學,宇宙大爆炸的全過程是在宇宙早期,溫度極高,在1000億度以上。物質的密度也相當大,整個宇宙系統處於平衡狀態。宇宙中只有壹些基本粒子,如中子、質子、電子、光子、中微子等。但是因為整個系統在膨脹,溫度下降很快。當溫度下降到大約100億度時,中子開始失去自由存在的條件,它們或者衰變,或者與質子結合形成重氫、氦等元素。正是從這個時期開始,化學元素開始形成。當溫度進壹步下降到654.38+000萬度時,形成化學元素的早期過程結束(見元素合成論)。宇宙中的物質主要是質子、電子、光子和壹些較輕的原子核。當溫度降到幾千度時,輻射減少,宇宙主要是氣態物質。氣體逐漸凝結成氣體雲,然後進壹步形成各種恒星系統,成為我們今天看到的宇宙。
大爆炸模型可以統壹解釋以下觀察事實:
a)理論認為所有的恒星都是在氣溫下降後誕生的,所以任何天體的年齡都應該比氣溫下降到今天的時期短,也就是不到200億年。對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,紅移大致與距離成正比。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)氦在各種天體上相當豐富,大部分是30%。恒星核反應的機制不足以解釋為什麽會有這麽多氦。根據宇宙大爆炸理論,早期的溫度很高,產生氦的效率也很高,可以解釋這個事實。
d)根據宇宙膨脹速度和氦豐度,可以具體計算出各個歷史時期的宇宙溫度。
根據大爆炸理論,宇宙誕生於6543.8+05億年前的壹個微小點,從這個微小點誕生了時空、質量和能量,使小的物質粒子聚集成大質量的物質,最終形成星系、恒星和行星。在大爆炸之前,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大爆炸之前的宇宙是什麽樣的,或者說大爆炸的原因是什麽?根據大爆炸理論,宇宙沒有開端。它只是壹個循環的過程,從大爆炸到黑洞,這是宇宙產生和毀滅以及重生的過程。
這只是壹個想法,不是壹個完美的理論。
雖然大爆炸理論並不成熟,但它仍然是宇宙形成的主流理論。關鍵是有壹些證據支持大爆炸理論。更傳統的證據如下:
a)紅移
從地球的任何方向看,遙遠的星系都在離我們遠去,因此可以推斷宇宙正在膨脹,離我們越遠的星系離得越快。
b)哈勃定律
哈勃定律是關於星系之間的速度和距離的某種關系。它仍然解釋了宇宙的運動和膨脹。
V=H×D
其中V(千米/秒)是出發速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常數,為50;D(Mpc)是星系之間的距離。1 MPC = 326萬光年。
c)氫和氦的豐度
模型預測氫占25%,氦占75%,已經被實驗證實。
d)微量元素的豐度
對於這些微量元素,模型中的估計豐度與測量的豐度相同。
E)3K宇宙背景輻射
根據大爆炸理論,宇宙因膨脹而冷卻,今天的宇宙中應該還有輻射余燼。在1965,測量了3K的本底輻射。
f)背景輻射的痕跡不均勻性
證明了宇宙的初始狀態是不均勻的,這就是現在的宇宙和現在的星系、星系團產生的原因。
g)大爆炸理論的新證據
在2000年6月5日至2月的英國《自然》雜誌上,科學家們表示,他們發現了可以用來證實大爆炸理論的新證據。
長期以來,有壹種理論認為,宇宙原本是壹個質量很大,體積很小,溫度極高的點,然後這個點爆炸了,隨著其體積的膨脹,溫度不斷降低。時至今日,宇宙大爆炸之初的宇宙中仍殘留著被稱為“宇宙背景輻射”的宇宙射線。
在分析了數十億年前宇宙中遙遠的氣體雲從類星體吸收的光後,科學家發現其溫度確實高於今天宇宙的溫度。他們發現背景溫度大約是零下263度。89攝氏度,高於目前《宇宙溫度》中的實測溫度-273.33攝氏度。
雖然上述證據存在,但是宇宙是否起源於大爆炸理論,仍然沒有足夠令人信服的證據。
註意:3K是什麽意思?20世紀60年代初,美國科學家彭齊亞斯和R W .威爾遜建立了壹個高靈敏度的喇叭接收天線系統,以改善衛星通信。1964年,他們用它來測量銀暈氣體的射電強度。為了降低噪音,他們甚至清除了天線上的鳥糞,但仍然有無法消除的背景噪音。他們認為這些來自宇宙的波長為7.35cm的微波噪聲相當於3.5K,在1965年,他們將其修正為3K,並將這壹發現公之於眾,為此他們獲得了1978諾貝爾物理學獎。
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