大爆炸宇宙學

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  現代宇宙學中最有影響的一種學說。與其它宇宙模型相比,它能說明較多的觀測事實。它的主要觀點是認為我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里,宇宙體系并不是靜止的,而是在不斷地膨脹,使物質密度從密 到稀地演化。這一從冷到熱從密到稀的過程如同一次規模很大的爆發。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一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,它要么發生衰變,要么與質子結合成重氫、氦等 元素;化學元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬度 后,早期形成化學元素的過程結束。宇宙間的物質主要是質子、電子、光子 和一些比較輕的原子核。當溫度降到幾千度時,輻射減退,宇宙間主要是氣 態物質,氣體逐漸凝聚成氣云,在進一步形成各種各樣的恒星體系,成為我 們今天看到的宇宙。

  大爆炸模型能統一說明以下幾個觀測事實:

  1大爆炸理 論主張所有恒星都是在溫度下降后產生的,因而任何天體的年齡都應比自溫 度至今天這一段時間為短,即應小于200億年。各種天體年齡的測量證明 了這一點。

  2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,那么紅移就是宇宙膨脹的反映。

  3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 說明為什么又如此多的氦。而根據大爆炸理論,早期溫度很高,產生氦的效 率也很高,則可以說明這一事實。

  4根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等,可以 具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。大爆炸理論的創始人之一伽莫夫曾預言 今天的宇宙已經很冷,只有絕對溫度幾度。1965年,果然在微波波段上 探測到具有熱輻射譜的微波背景輻射,溫度大約為3K。這一結果無論在定 性上或者定量上都與大爆炸理論的預言相符。但是,在星系的起源和各向同 性分布等方面,大爆炸宇宙學還存在一些未解決的困難問題。