宇宙大爆炸理論介紹

1、.宇宙大爆炸理論介紹宇宙是如何起源的?自古以來一直是人類最感興趣和不懈探究的問題歷史上曾經出現過各種各樣的神話傳說，但宇宙的起源本身卻是一個科學問題20世紀以來，由于科學技術的開展，人們在對宇宙觀測中獲得了越來越多的重大發(fā)現，從而逐漸建立起科學的宇宙模型棗大爆炸宇宙學模型一、提出大爆炸宇宙學模型的背景20世紀20年代，美國天文學家斯萊弗在研究遠處的旋渦星云發(fā)出的光譜時，首先發(fā)現了光譜的紅移，認識到了旋渦星云正快速遠離人們而去1929年哈勃把這種退行紅移的測量與星系的間隔 的測量結合起來，總結出了著名的哈勃定律：星系的退行速度v與它的間隔 r成正比，即vHr根據哈勃定律和后來更多天體紅移的測定，

2、人們相信宇宙在長時間內一直在膨脹，物質密度一直在變稀由此反推，宇宙的構造在某一時刻前是不存在的，它只能是演化的產物因此1948年伽莫夫等人首先提出了大爆炸宇宙學模型二、大爆炸宇宙學模型1948年，伽莫夫等在美國?物理評論?雜志上發(fā)表了關于大爆炸宇宙學模型的文章：提出宇宙是由甚早期溫度極高且密度極大，體積極小的物質迅速膨脹形成的，這是一個由熱到冷、由密到稀，不斷膨脹的過程，尤如一次規(guī)模極其宏大的超級大爆炸根據這一學說，在宇宙的最早期，即距今大約150億年前，今天所觀測到的全部物質世界統(tǒng)統(tǒng)都集中在一個很小的范圍內，溫度極高，密度極大大爆炸開場后0.01秒，宇宙的溫度約為1000億攝氏度，其物質的主

3、要成分為輕粒子如光子、電子或中微子，而質子和中子只占十億分之一所有這些粒子都處于熱平衡狀態(tài)由于整個體系在快速膨脹，因此溫度很快下降大爆炸后0.1秒，溫度下降到300億攝氏度，中子與質子之比從原來的1下降到0611秒鐘后，溫度已下降到100億攝氏度隨著密度的減小，中微子不再處于熱平衡狀態(tài)，開場向外逃逸電子棗正電子對開場發(fā)生湮沒反響，中子與質子之比進一步下降到0.3但這時溫度還太高，核子仍缺乏以把中子和質子束縛在一起大爆炸后13.8秒，宇宙溫度下降到30億攝氏度這時質子和中子已可形成像氘、氦那樣穩(wěn)定的原子核化學元素從這時候開場形成35分鐘后，宇宙溫度進一步下降到3億攝氏度，核形成停頓了氦和自由質子

4、的質量之比大致保持在0.220.28這一范圍內由于溫度還很高，質子仍不能和電子結合起來形成中性原子中性原子大約是在大爆炸發(fā)生后30萬年才開場形成的，這時的溫度已降到3000攝氏度，化學結合作用已足以將絕大部分自由電子束縛在中性原子中到這一階段，宇宙的主要成份是氣態(tài)物質，隨著溫度的進一步降低，它們漸漸地凝聚成密度較高的氣體云，到109年后，進一步形成各種星系，1010年形成恒星系統(tǒng)這些恒星系統(tǒng)又經歷了漫長的演化，才形成了我們今天所看到的宇宙三、大爆炸宇宙學模型的成就宇宙早期的溫度極高，今天的溫度已降到極低絕對溫度如此宏大的溫度跨度是任何實驗室條件都無法辦到的但是人們可以把已有的關于粒子物理、核物

5、理、等離子體物理以及其他的物理知識應用于不同的宇宙演化階段來預言各種宇宙學效應例如，大爆炸核合成及微波背景輻射等通過多年的天文觀測，這些預言已逐漸被證實，從而成為大爆炸宇宙模型的有力證據1大尺度的均勻和各向同性這是大爆炸宇宙模型的根底，對宇宙大尺度構造的觀測結果已經證實宇宙學原理的正確性即宇宙在大尺度上一定是均勻各向同性，1989年發(fā)射的衛(wèi)星對微波背景輻射的精細測量進一步說明在-4精度內宇宙是各向均勻、同性的哈勃定律從哈勃定律得到啟示建立的大爆炸宇宙模型反過來可以預言這種定律它已被28000個星系的紅移或退行速度與間隔 的關系的觀測數據所證實3宇宙的年齡宇宙既然是在一次大爆炸中誕生，那就可以議

6、論它的年齡大爆炸宇宙學預言宇宙今天的年齡約為150億年，宇宙中的構造，例如恒星、星系等，都是在宇宙形成以后逐漸形成的，所以它們的年齡必須小于宇宙年齡近年來，人們通過采用多種不同的方式來測定星系和恒星的年齡，例如測量放射性元素及其衰變產物在星體中的豐度等，最后得到的結果是完全一致的即星系和恒星的年齡，都在幾十億年的數量級，這與宇宙的年齡是相容的4大爆炸的核合成大爆炸宇宙學認為最初的宇宙中，既沒有分子，也沒有原子第一批原子核是在大爆炸后秒到分鐘這一時間內，由質子和中子組合而成并遺留至今的因此預言了宇宙中輕元素的豐度如氦的豐度約為，氫的豐度約為多年來人們對天體范圍內的輕元素豐度的觀測結果，正好與大爆

7、炸的預言相一致從而成為大爆炸宇宙學的最早證據微波背景輻射大爆炸宇宙學模型認為溫度降低到3000左右時，中性原子將大量形成，光子與他們失去耦合，從而作為宇宙中的一個獨立組分存留下來伽莫夫預言，這種作為歷史遺跡的背景光子應當可以在今天觀測到，并估計出大約溫度為1964年就在物理學家們方案用輻射計觀測這種背景輻射的時候，美國貝爾 實驗室的兩位工程師，彭齊亞斯和威爾遜在安裝調試衛(wèi)星天線的過程中，發(fā)現天空各個不同方向上都存在一種不變的相當于的黑體輻射背景即微波背景輻射他們因此獲得了1978年的諾貝爾物理學獎后來，1989年發(fā)射的宇宙背景探測者衛(wèi)星那么最終測定出在精度內宇宙背景輻射是各向同性的，且測得背景光子的溫度為，于是從理論上預言的，在×年時留下的遺跡終于被實測充分證實了，這也成為大爆炸宇宙學的最強有力的證據大爆炸宇宙學模型開展至今，特別是關于輕元素豐度的解釋和微波背景輻射的測量，說明大爆炸宇宙學模型正在走向成熟但這并不能說明該理論無