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宇宙大爆炸模型

时间:2018-11-25 09:41来源:搜集整理 作者:学习编辑 点击:
四、宇宙大爆炸模型 (一)理论简介 大爆炸这一模型的框架基于爱因斯坦的广义相对论,又在场方程的求解上作出了一定的简化。1932年勒梅特首次提出现代宇宙大爆炸理论,1946年美国
  四、宇宙大爆炸模型
  (一)理论简介
  大爆炸这一模型的框架基于爱因斯坦的广义相对论,又在场方程的求解上作出了一定的简化。1932年勒梅特首次提出现代宇宙大爆炸理论,1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论。大爆炸宇宙模型认为,宇宙起源于100多亿年前的一个原始火球。暴胀模型解决了宇宙学三大疑难:视界疑难、平坦性疑难、磁单极子疑难。大爆炸依据宇宙学原理,即奇点在所有空间爆发。
  大爆炸理论最早也最直接的观测证据包括从星系红移观测到的哈勃膨胀、对宇宙微波背景辐射的精细测量、宇宙间轻元素的丰度,而今大尺度结构和星系演化也成为了新的支持证据。这四种观测证据有时被称作“大爆炸理论的四大支柱”。
  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。但2012年认为这是宇宙学红移,而非多普勒红移。在宇宙学红移中,光波的波长是在传播过程中随空间的膨胀而发生变化的。光谱线的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,宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程,便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。
  (二)理论依据
  大爆炸理论证据如下:
  (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。
  (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。
  (三)二次膨胀理论
  美国能源部布鲁克海文国家实验室等机构一些科学家认为,宇宙早期可能还有一个较为短暂的二次膨胀时期,这种假设或许能解释宇宙中现有暗物质数量过多的问题。
  该实验室高能理论小组负责人霍曼·戴伍迪亚索说,在这些重要事件之间,可能还有一次膨胀,它不像第一次爆炸那么剧烈,却可以“稀释”暗物质,使宇宙中的暗物质密度最终成为今天这样。
  (四)物理上均等划一
  大爆炸理论的建立基于两个基本假设:物理定律的普适性和宇宙学原理。宇宙学原理是指在大尺度上宇宙是均匀且各向同性的。宇宙的所有地方(同质性)和所有方向(同向性)看起来都相同,是大爆炸理论的重要依据。该理论认为整个宇宙,我们所见的一切,都起源于一个炽热、致密而统一的状态,在那里,各处的定律和初始条件都是相同的。宇宙学最基本的原理即平庸原理。它认为,地球上的各种规律在其他地方都适用。
 
(责任编辑:望穿时空)
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