什么是宇宙大爆炸理論,該理論能解釋那些觀測事實？
什么是宇宙大爆炸理論,該理論能解釋那些觀測事實？
是現(xiàn)代宇宙學(xué)中最有影響的一種學(xué)說。它的主要觀點是認(rèn)為宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。
在這個時期里，宇宙體系在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密到稀地演化，如同一次規(guī)模巨大的爆炸。
大爆炸宇宙論的主要觀點是什么？有哪些主要觀測事實依據(jù)
宇宙大爆炸**提出的是埃德溫.哈勃，當(dāng)時使用虎克望遠鏡觀察宇宙深處，他發(fā)現(xiàn)宇宙深處的光點呈現(xiàn)紅色，這就是多普勒紅移說明這些天正在遠離我，提出宇宙膨脹說，后來美國物理學(xué)家伽莫夫研究了宇宙膨脹說得出了結(jié)論，膨脹一定會有起點通過實驗證明宇宙是通過一次大爆炸開始膨脹的。
什么是大爆炸理論？主要依據(jù)是什么？
1929年，天文學(xué)家哈勃公布了一個震驚科學(xué)界的發(fā)現(xiàn)。這個發(fā)現(xiàn)在很大程度上導(dǎo)致這樣的結(jié)論：所有的河外星系都在離我們遠去。
即宇宙在高速地膨脹著。
這一發(fā)現(xiàn)促使一些天文學(xué)家想到：既然宇宙在膨脹，那么就可能有一個膨脹的起點。天文學(xué)家勒梅特認(rèn)為，現(xiàn)在的宇宙是由一個“原始原子”爆炸而成的。這是大爆炸說的前身。俄裔美國天文學(xué)家伽莫夫接受并發(fā)展了勒梅特的思想，于1948年正式提出了宇宙起源的大爆炸學(xué)說。
伽莫夫認(rèn)為，宇宙最初是一個溫度極高、密度極大的由最基本粒子組成的“原始火球”。根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)，這個火球必定迅速膨脹，它的演化過程好像一次巨大的爆發(fā)。由于迅速膨脹，宇宙密度和溫度不斷降低，在這個過程中形成了一些化學(xué)元素(原子核)，然后形成由原子、分子構(gòu)成的氣體物質(zhì)。
氣體物質(zhì)又逐漸凝聚成星云，**從星云中逐漸產(chǎn)生各種天體，成為現(xiàn)在的宇宙。 這種學(xué)說一般人聽起來非常離奇，不可思議。在科學(xué)界，也由于這個學(xué)說缺乏有力的觀測證據(jù)，因而在它剛剛問世時，并未予以普遍的響應(yīng)。
到了1965年，宇宙背景輻射的發(fā)現(xiàn)使大爆炸說重見天日。原來，大爆炸說曾預(yù)言宇宙中還應(yīng)該到處存在著“原始火球”的“余熱”，這種余熱應(yīng)表現(xiàn)為一種四面八方都有的背景輻射 。特別令人驚奇的是 ，伽莫夫預(yù)言的“余熱”溫度竟恰好與宇宙背景輻射的溫度相當(dāng)。
另一方面，由于有關(guān)的天文學(xué)基本數(shù)據(jù)已被改進，因此根據(jù)這個數(shù)據(jù)推算出來的宇宙膨脹年齡，已從原來的50億年增到100—200億年，這個年齡與天體演化研究中所發(fā)現(xiàn)的最老的天體年齡是吻合的。由于大爆炸說比其他宇宙學(xué)說能夠更多、更好地解釋宇宙觀測事實，因此愈來愈顯示出它的生命力。
宇宙大爆炸理論有哪些證據(jù)？
大爆炸宇宙學(xué)有三大觀測支持： 1.哈勃定律：遙遠星系退行速度與距離正比v=Hd ，在觀測宇宙范圍內(nèi)，紅移與退行速度保持良好線性關(guān)系。即紅移與距離成正比。
（扣除天體的本動以后） 2.宇宙微波背景輻射（CMB）：隨著宇宙膨脹，光子與物質(zhì)退耦，在**散射面處形成背景輻射，觀測結(jié)果呈高度各向同性的2.7K的黑體譜 3.原初元素豐度：宇宙早期（大約3min）時，原初核合成停止，可從宇宙學(xué)模型推測出核合成停止后的元素豐度，并與早期天體的元素豐度的觀測進行對比，吻合得非常好。
宇宙大爆炸主要闡述的是什么內(nèi)容
大爆炸理論（Big Bang）是天體物理學(xué)關(guān)于宇宙起源的理論。根據(jù)大爆炸理論，宇宙是在大約140億年前由一個密度極大且溫度極高的狀態(tài)演變而來的。
本理論產(chǎn)生于觀測到的哈勃定律下星系遠離的速度，同時根據(jù)廣義相對論的弗里德曼模型，宇宙空間可能膨脹。
延伸到過去，這些觀測結(jié)果顯示宇宙是從一個起始狀態(tài)膨脹而來。在這個起始狀態(tài)中，宇宙的物質(zhì)和能量的溫度和密度極高。至于在此之前發(fā)生了什么，廣義相對論認(rèn)為有一個引力奇點，但物理學(xué)家對此意見并不統(tǒng)一。大爆炸一詞在狹義上是指宇宙形成最初一段時間所經(jīng)歷的百科劇烈變化，這段時間通過計算大概在距今137億（1.37 × 1010）年前;但在廣義上指當(dāng)今流行的揭示宇宙起源和膨脹的理論。
這一理論的直接推論是我們今天所處的宇宙同昨天或者明天的宇宙不同。根據(jù)這一理論，喬治·伽莫夫在1948年預(yù)測了宇宙微波背景輻射的存在。1960年代，這一輻射被探測到，有力地支持了大爆炸理論，從而否定了另一個比較流行的穩(wěn)恒態(tài)宇宙理論。
[編輯本段]發(fā)展歷史大爆炸理論是通過實驗觀測和理論推導(dǎo)發(fā)展的，在實驗觀測方面，1910年代，維斯特·斯里弗爾（Vesto Slipher）和卡爾·韋海姆·懷茲（Carl Wilhelm Wirtz）證實了大多數(shù)旋渦星系正在退離地球，不過他們并沒有因此聯(lián)想到這對宇宙學(xué)意味著什么，也不認(rèn)為發(fā)現(xiàn)的星云其實是銀河系外的其他星系。同時在理論上，愛因斯坦的廣義相對論成功建立并推出沒有穩(wěn)定態(tài)宇宙。通過度量張量描述的宇宙不是膨脹就是收縮，愛因斯坦認(rèn)為他自己解錯了，并加入了一個宇宙學(xué)常數(shù)來進行改正。
**個不使用宇宙學(xué)常數(shù)，而真正認(rèn)真將廣義相對論運用到宇宙學(xué)中的是亞歷山大·弗里德曼，他的方程所描述的宇宙稱為Friedmann-Lema?tre-Robertson-Walker宇宙，時間是1922年。1927年，比利時天主教牧師勒梅特獨立推導(dǎo)出Friedmann-Lema?tre-Robertson-Walker方程，并在螺旋星云后退現(xiàn)象的基礎(chǔ)上提出了宇宙是從一個“初級原子”“爆炸”而來的—這就是后來所謂的大爆炸。1929年，埃德溫·哈勃為勒梅特的理論提供了實驗條件。
哈勃證明這些旋渦星云其實是星系，并通過觀測造父變星測算出了他們的距離。他發(fā)現(xiàn)，星系遠離地球的速度同它們與地球之間的距離剛好成正比，這就是所謂霍伊爾的穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型。在穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型里，新物質(zhì)在星系遠離留下的空間中不斷產(chǎn)生，從而宇宙基本不變化。其實這個理論的名稱是出于霍伊爾的諷刺，他在1949年通過BBC廣播節(jié)目形式傳播的，論文《物質(zhì)的特性》（The Nature of Things）發(fā)表于1950年。
之后的許多年，這兩種理論并立，但觀測事實開始支持一個演變于熱密狀態(tài)的宇宙。1965年宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)使人們認(rèn)為大爆炸理論是宇宙起源和演變**的理論。1970年以前，很多宇宙學(xué)家認(rèn)為宇宙可能在膨脹以前先收縮，這樣可以避免從弗里德曼模型推出一個無限致密的“荒謬”的奇點。比較有代表性的是Richard Tolman的脈動宇宙模型（oscillating universe）。
1960年代末，史蒂芬·霍金等人證明這個假設(shè)行不通，因為奇異點是愛因斯坦引力理論的直接和重要推論。之后大多數(shù)宇宙物理學(xué)家開始接受廣義相對論所描述的宇宙在時間上是有限的。但是，由于對于量子引力規(guī)律缺乏認(rèn)識，現(xiàn)在還不能斷定這個奇異點到底是真正**意義上的無限小點，還是物理收縮過程可以無限進行下去，從而間接達到宇宙在時間上無限。現(xiàn)在宇宙物理學(xué)的幾乎所有研究都與宇宙大爆炸理論有關(guān)，或者是它的延伸，或者是進一步解釋，例如大爆炸理論下星系如何產(chǎn)生，大爆炸時發(fā)生的物理過程，以及用大爆炸理論解釋新觀測結(jié)果等。
90年代后期和21世紀(jì)初，由于望遠鏡技術(shù)的發(fā)展和人造探測器收集到大量數(shù)據(jù)，大爆炸理論又有了新的巨大突破。大爆炸時期宇宙的情況和數(shù)據(jù)可以計算得更加**，并產(chǎn)生了很多意想不到的結(jié)果，比如宇宙的膨脹在加速。 [編輯本段]理論大爆炸理論測算出宇宙的年齡是 137±2 億年，這一計算是通過對Ia型超新星的觀測，對宇宙背景輻射強度的測量，以及對星系相關(guān)函數(shù)的測量得出的。
這三個獨立測算所得到的結(jié)果一致，從而被認(rèn)為是所謂更詳細(xì)描述宇宙中星系性質(zhì)的 Lambda-CDM model 的有力證據(jù)。早期的宇宙充滿了同源同性的物質(zhì)，其溫度、壓強、能量都極高。隨著膨脹和冷卻，宇宙物質(zhì)經(jīng)歷了相變，這種相變與蒸氣冷卻時的凝結(jié)過程和水的凝固過程相似，不同之處在于前者發(fā)生在更基本的粒子層面上。
普朗克時期之后大約 10-35 秒，相轉(zhuǎn)變引起宇宙產(chǎn)生指數(shù)級增長，稱為暴脹。之后暴脹停止，此時宇宙的物質(zhì)形式是夸克-膠子等離子體，這些物質(zhì)的運動都符合相對論。宇宙繼續(xù)在空間上膨脹，溫度繼續(xù)下降。在某一溫度下，一種至今未知的所謂重子相變的相變產(chǎn)生，夸克和膠子組成重子，就是質(zhì)子和中子，同時還在物質(zhì)和反物質(zhì)之間產(chǎn)生了不對稱性，這種不對稱性已經(jīng)被實驗證實。
隨著溫度進一步降低，更多無對稱的相變發(fā)生，形成了現(xiàn)在的基本粒子和基本相互作用。之后，一些質(zhì)子和中子結(jié)合，組成氘和氦的原子核，這個過程叫做太初核合成。隨著宇宙的冷卻，靜止質(zhì)量的能量密度以引力形式存在，并超過輻射形式的能量密度。
在大約 30 萬年之后，電子和原子核結(jié)合成為原子（主要是氫原子），而物質(zhì)通過脫耦發(fā)出輻射并在宇宙空間中相對自由的傳播，這就是今天的宇宙微波背景輻射。隨著時間的前進，在幾乎是均勻分布的物質(zhì)空間中，密度稍微大一點兒的區(qū)域通過引力作用吸引附近的物質(zhì)，從而變得密度更大，并形成今天的氣體云、恒星、星系和其他天文學(xué)觀測到的結(jié)構(gòu)。具體過程決定于宇宙物質(zhì)的形式和數(shù)量，其中形式可能有三種：冷暗物質(zhì)、熱暗物質(zhì)和重子物質(zhì)。 [編輯本段]證據(jù)一般來說，大爆炸宇宙學(xué)理論有三個觀測基礎(chǔ)：星系紅移為基礎(chǔ)的哈勃膨脹; 宇宙微波背景的細(xì)致測量; 輕物質(zhì)豐度（參見太初核合成（Big Bang nucleosynthesis））。
另外，觀測到的宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的相關(guān)函數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)大爆炸理論。 [編輯本段]哈勃定律和宇宙膨脹哈勃定律是物理宇宙論的陳述：來自遙遠星系光線的紅移與他們的距離成正比。這條定律是哈勃和米爾頓·修默生在接近十年的觀測之后，于1929年首先公式化的。
它被認(rèn)為是在擴展空間范例上的**個觀察依據(jù)，和今天經(jīng)常被援引作為支持大爆炸的一個重要證據(jù)。在宇宙學(xué)研究中，哈勃定律成為宇宙膨脹理論的基礎(chǔ)。在發(fā)現(xiàn)了宇宙膨脹這個事實后，愛因斯坦把他?。
