为什么说宇宙起源于一次大爆炸

科普中国网 2018-07-24

  

  作者:温学诗

  1996年7月24日,澳大利亚天文学家测算宇宙年龄应为110亿岁。说起宇宙,你可知道,宇宙是怎么起源的呢?

  宇宙是怎么起源的?古今中外几乎没有人不关心这个问题。这方面有许多神话传说,也有人提出了不少假说。美国天文学家伽莫夫于20世纪中提出了一种新的学说,它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从密到稀、从热到冷、不断膨胀的过程。这个过程就好像是一次规模巨大的爆发,简单地说,宇宙起源于一次大爆炸。大爆炸宇宙论是现代宇宙学中最著名、影响也最大的一种学说。

  大爆炸宇宙论把宇宙200来亿年的演化过程分为三个阶段。

  第一个阶段是宇宙的极早期。那时爆发刚刚开始不久,宇宙处于一种极高温高密的状态,温度高达100亿℃以上,光辐射极强。在这种条件下,不要说没有生命存在,就连地球、月亮、太阳以及所有天体也都不存在,甚至没有任何化学元素存在。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。宇宙处在这个阶段的时间特别短,短到以秒来计。

  由于整个体系在不断膨胀,结果使温度很快下降。当温度降到10亿℃左右时,宇宙就进入了第二个阶段。这时,中子开始失去自由存在的条件,它要么发生衰变,要么与质子结合成氢、氦等元素。化学元素就是从这个时候才开始形成的。温度进一步下降到100万℃以后,早期形成化学元素的过程就结束了。在这一阶段,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,光辐射依然很强,也依然没有星体存在。第二阶段比第一阶段时间长,大约经历了数千年。

  当温度降到几千摄氏度时,进入第三个阶段。这个阶段的时间最长,200来亿年的时间主要属于这个阶段,至今我们仍然生活在这一阶段中。由于温度的降低,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,成为我们今天所看到的星空世界。我们的太阳系也是这星空世界中的一个成员。

  这就是大爆炸的大体图景。

  大爆炸理论刚提出的时候,并没有受到人们的赏识。但是,在它诞生以后的40余年中,不断地得到了大量天文观测事实的支持。

  首先,大爆炸理论认为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短于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。

  其次,观测到河外天体有系统性的谱线红移,用多普勒效应来解释这种现象,红移就是宇宙膨胀的反映。这符合大爆炸理论。

  再次,各种天体中的氦含量都很大,大多为30%左右。根据大爆炸理论,宇宙早期温度很高,产生氦的效率也很高。

  最后,根据大爆炸理论,今天的宇宙温度只有绝对温度几开。20世纪60年代天文学的四大发现之一——3开微波背景辐射的发现,有力地支持了这一点。

  有了这些观测事实的支持,终于使大爆炸理论在众多的关于宇宙起源的学说中,获得了“明星”的桂冠。

  然而,大爆炸宇宙学也还存在一些未解决的难题,例如星系的起源和各向同性分布等,还有待于进一步的观测和研究,才能得到进一步的结论。

  关键词:宇宙起源

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责任编辑:王超

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