浅谈宇宙大爆炸理论.doc

浅谈宇宙大爆炸理论机械12-1121014122孙静我们从哪里来?宇宙是什么样的?这自有人类以来的永恒疑问。从西方的海龟驮大陆,到中国的天圆地方,诞生了远古的神话和宗教。十七世纪,开普勒、胡克等人继续为太阳系勾勒大概的轮廓。最终伟大的牛顿建立了完美的经典力学大厦。那时人们确信宇宙间所有的规律都已发现殆尽,所有星系的运动都可纳入牛顿力学的体系中。这一时期人们相信宇宙是无限广大和永恒的存在,也许这使人有某种安全感。但是用牛顿力学解释宇宙有个致命的疑问,如果万有引力是正确的,为什么星系不会因为万有引力聚拢到一起?无论宇宙有没有一个中心,只要时间足够长,星系总会慢慢靠拢,最后碰撞、毁灭。这给现代天文学提出了挑战,但是即使是当时最具有革命精神的人,也无法想象今后的颠覆性的发现。大爆炸理论(BigBang)是天体物理学关于宇宙起源的理论。根据大爆炸理论,宇宙是在大约140亿年前由一个密度极大且温度极高的状态演变而来的。本理论产生于观测到的哈勃定律下星系远离的速度,同时根据广义相对论的弗里德曼模型,宇宙空间可能膨胀。延伸到过去,这些观测结果显示宇宙是从一个起始状态膨胀而来。在这个起始状态中,宇宙的物质和能量的温度和密度极高。至于在此之前发生了什么,广义相对论认为有一个引力奇点,但物理学家对此意见并不统一。“大爆炸宇宙论”认为:宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。[1] 1927年,比利时天主教神父勒梅特(esLemaître)首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年,美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。该理论的创始人之一是伽莫夫。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论,认为宇宙由大约200亿年前发生的一次大爆炸形成。大爆炸一词在狭义上是指宇宙形成最初一段时间所经历的剧烈变化,这段时间通过计算大概在距今137亿(×10^10)年前;但在广义上指当今流行的揭示宇宙起源和膨胀的理论。这一理论的直接推论是我们今天所处的宇宙同昨天或者明天的宇宙不同。根据这一理论,乔治·伽莫夫在1948年预测了宇宙微波背景辐射的存在。1960年代,这一辐射被探测到,有力地支持了大爆炸理论,从而否定了另一个比较流行的稳恒态宇宙理论。大爆炸理论是通过实验观测和理论推导发展的。1910年代,维斯特·斯里弗尔(VestoSlipher)和卡尔·韦海姆·怀兹(CarlWilhelmWirtz)证实了大多数旋涡星系正在退离地球,不过他们并没有因此联想到这对宇宙学意味着什么,也不认为发现的星云其实是银河系外的其他星系。同时在理论上,爱因斯坦的广义相对论成功建立并推出没有稳定态宇宙。通过度量张量描述的宇宙不是膨胀就是收缩,爱因斯坦认为他自己解错了,并加入了一个宇宙学常数来进行改正。第一个不使用宇宙学常数。1927年,比利时天主教牧师勒梅特独立在螺旋星云后退现象的基础上提出了宇宙是从一个“初级原子”“爆炸”而来的—这就是后来所谓的大爆炸。1929年,埃德温·哈勃为勒梅特的理论提供了实验条件。哈勃证明这些旋涡星云其实是星系,并通过观测造