06.14 關於大爆炸理論 你想知道的都在這了

大爆炸是一次獨一無二的“創世事件”,發生在138億年前。隨著大爆炸的一聲巨響,宇宙誕生。不過,當時沒有一個“人”在現場,見證這一震撼瞬間。

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大爆炸後,宇宙快速膨脹

138億年前的大爆炸孕育了宇宙,雖然沒有人在現場見證這一震撼瞬間,但物理學家和天文學家對大爆炸理論或者說大爆炸模型充滿信心,相信這一理論能夠描繪出宇宙如何誕生的精準圖畫。

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科學家提出大爆炸理論,解釋宇宙如何誕生

有時候,物理學家將時空比作一碗由虛粒子構成的“湯”。虛粒子會突然出現,突然消失。根據他們提出的理論,這個“量子泡沫”的一次隨機波動觸發了大爆炸。大爆炸瞬間究竟發生了什麼?現在仍是一頭霧水,但我們知道之後發生的事情。嬰兒宇宙迅速膨脹,溫度隨之降低。大爆炸後一秒鐘,溫度降至1萬億華氏度左右,質子和中子登上舞臺。在最後幾分鐘的核合成過程中,這些亞原子粒子聚合成第一批原子的核,基本上都是氫和氦。

大爆炸後37.5萬年,溫度降至5400華氏度,宇宙變得透明,釋放可見光和其它形式的電磁輻射。大爆炸後3億到5億年,第一批恆星和星系形成,剩下的就是歷史了。

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喬治·勒梅特(中)和愛因斯坦

“大爆炸”這個詞由英國天文學家弗雷德·霍伊爾1949年提出,但在這個名詞出現前幾十年,大爆炸理論就已存在。在1916年愛因斯坦公佈廣義相對論後,物理學家開始轉變想法,認為宇宙處於動態並且不斷演化。20世紀之前,絕大多數科學家認為宇宙恆定,不發生改變。

上世紀20年代,天文學家觀測到遙遠星系快速遠離地球,彼此之間也不斷遠離。這一觀測發現符合宇宙膨脹論,說明過去的宇宙要比現在小得多。上世紀20年代,比利時物理學家和羅馬天主教牧師喬治·勒梅特提出,如果宇宙的歷史“逆轉”,宇宙將變得更加緻密,溫度升高,體積縮小,直至所有物體凝聚於所謂的“原始原子”,也就是現在所說的大爆炸。在勒梅特提出這一觀點時,認為宇宙恆定不變的觀點已經存在了幾十年之久。1964年,科學家觀測到宇宙微波背景輻射,也就是延續至今的大爆炸“餘暉”

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利用歐州航天局的普朗克衛星所獲數據繪製的全天地圖,展示了大爆炸後37萬年的微波背景輻射。當時,宇宙中的微小波動最終孕育出星系團

科學家發現了一系列強有力的證據,支持大爆炸模型。其中一大證據是:構成恆星和星系的化學元素在宇宙中比較豐裕。我們觀測到的氫、氦以及更重元素的數量符合大爆炸理論的預測。其它證據包括觀測到的遙遠星系遠離速度以及宇宙微波背景輻射。最近,科學家利用威爾金森微波各向異性探測器和普朗克天文臺,對宇宙微波背景輻射進行詳細測量,測量結果符合大爆炸理論。

我們能否確信一定發生過大爆炸?加州理工學院物理學家、多部熱門科學著作的作者肖恩·卡羅爾指出,最初的宇宙處於炙熱、緻密並快速膨脹的狀態,隨後不斷冷卻,形成恆星和星系。這是一個無可爭辯的事實。我們能夠詳細描繪大爆炸後一秒鐘的宇宙萬物景象。各種理論模型講述的“似乎可信”的故事都追溯到所謂的“普朗克時間”,當時的宇宙年齡只有10^-43秒。

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大爆炸後宇宙迅速膨脹,溫度隨之降低

大爆炸之前又是什麼?

沒有人知道答案。一些物理學家認為“之前”這個詞沒有明確意義。卡羅爾表示宇宙可能是永恆的,又或者存在一個開始,只是我們不知道罷了。最近幾年,科學家提出了一系列理論模型,試圖描述大爆炸之前的紀元。物理學家保羅·斯泰恩哈特和尼爾·圖羅克提出了“循環模型”,認為存在於更高維度空間的“膜”週期性對撞,形成與大爆炸有關的環境。數學物理學家羅傑·彭羅斯提出了“共形循環宇宙學”,認為大爆炸重複發生。但這些理論基本上都停留在猜測層面。(漫步宇宙)


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