四節:宇宙大爆炸模型從眾多的理論模型中脫穎而出


    隨著人類的科學技術的飛速發展,隨之天文觀測儀器的觀察精度也有了進一步的提高,——


    關於宇宙的理論研究,雖然一直走在最前麵,但是任何理論模型下的推論和預測,都必須要得到實際觀察上的驗證,才能得到更多的人們認可。


    由理論先取得最早的推理認為,然而要得到人們所認可而又必須符合從實際的觀測上得出來的結論。


    隨著對宇宙觀察空間的不斷擴大——人們的天文觀察視線已經超出了銀河係的空間範圍。


    從哈勃觀測的2.5億光年範圍內的河外星係,並發現測得離我們這個距離的星係,其正處以每秒2.600英裏的速度而後退。


    離我們越是遙遠的星係,其退去的速度越是體現為更高。


    哈勃關係式告訴我們,星係譜線的紅移量,與星係到我們的距離粗略地成正比。


    由於星係星光所保存是反應了宇宙過去的時空信息,於是得到大多數科學家們的認可,宇宙最早初期物質不隻是產生了膨脹而是發生了大爆炸。


    1922年,前蘇聯物理學家弗裏德曼根據愛因斯坦的引力方程式推論出他的一種多空間宇宙模型:


    根據空間的幾何特性,如若是平直的,就得到一個不斷膨脹的宇宙;


    如果空間幾何是表現為凸麵的,則會處於一個既膨脹又收縮輪換的封閉宇宙;


    假如空間的幾何是顯示為凹麵的,即能得到一個始終膨脹的敞開宇宙。


    到了1927年,比利時人勒梅特在研究了“弗裏德曼宇宙”的提前下,提出了大尺度空間隨時可膨脹的概念,建立了“勒梅特膨脹宇宙”模型。


    從哈勃提出的哈勃關係式以後,在同一年裏,英國物理學家愛丁頓最先把它與宇宙膨脹說聯係在一起,認為宇宙的膨脹已得到了天文觀測的證實。


    弗裏德曼和勒梅特他們所論述的膨脹宇宙,脹大總是從物質密度無窮大而開始的。


    1932年,勒梅特在他的模型的基礎上,提到了一個宇宙演化理論學說,認為整個宇宙內的物質最初時期集中在一個叫做“超原子宇宙蛋裏”,後來由於某種機製的作用發生了猛烈的大爆發,裂開的碎片向四方八麵散開拋射出去,物質經過隨空間不斷的擴張而冷卻,以致形成了今天的宇宙情形。


    但因為他當時還沒有足夠的核物理學知識,對爆炸後的宇宙物質演化的具體過程和一些細節作一番描繪;再一個原因,勒梅特當時還低估了宇宙的年齡。


    理論的預測隨著實際的觀測,大爆炸宇宙理論逐漸走向完善。


    到了1948年,蓋莫夫從勒梅特的宇宙演化學說的基礎上,已又前進了一步,提出了係統的大爆炸宇宙學說。


    大爆炸學說提出以後,通過一些天文學家再一次的完善,把宇宙從誕生來的時間,可追溯到約200億年前。


    根據理論學說所描述的一些,在宇宙蛋未產生爆炸以前,時間還沒有開啟;經過大爆發以後,經曆了各不同階段的物質演化時代——


    普朗克時代、大統一時代、強子形成時代、輕子產生時代、原子核合成時代、物質誕生時代、物質複合時代等等,接著宇宙開始變得透明起來,逐漸形成星係,到星係團、恆星與恆星係。


    大爆炸宇宙理論,預言宇宙通過大爆發以後,物質從既密且熱的狀態下經過分裂後隨著爆炸所產生的力量往四方周圍拋射到遙遠的各個空間,隨著空間的迅速擴充而物質會快速的冷卻下來。


    物質的這種快速冷卻必須存在著充斥整個宇宙空間的布景輻射。


    這種宇宙布景輻射處微波波段,強度高,它產生的溫度是絕對溫度三度,即為攝氏零下270度,一般寫成3k,由於它均勻地分布在天空布景上,因此科學家們給它起了個名叫做宇宙“微波布景輻射”。


    大爆炸宇宙論所預言的這種在宇宙內均勻地分布,並且各向同性,還屬於熱輻射的微波波段。


    1964年至1965年之間,彭齊亞斯和威爾遜為了接受從人造衛星上,傳過來的微弱信號,使用了特殊的角狀天線,並安裝了接收器。


    可是,他們兩卻意外地受到了一種當時令他們不解而奇怪的輻射信號。


    這種輻射信號在天空中任何一個方向上都能接受到,而且其強度均一樣,各向同性,沒有季節變化,相當於3.5k度物體的輻射。被認為隻能是一種宇宙布景輻射。


    這一發現,後來也被其他科學家發現,認為是宇宙大爆炸後的殘餘布景輻射,成了支持大爆炸宇宙理論證據之一。


    支持大爆炸宇宙論還有其它可驗證的地方,根據大爆炸理論所描繪的宇宙各物質演化時代,其中包括氫核合成氦的時代。


    依據這種理論上的估計,目前宇宙中殘留的氫豐度為百分之24.6左右。


    當前,射電天文望遠鏡在觀測的整個銀河係內和許多近鄰星係中都發現了氫的存在,甚至在更遙遠的天體上,也探測到了氫。


    在所有能測定到氫的場合下,有力的數據表明,不管在哪裏,隻要有五個氦原子核便有十個氫核,似乎即不過多也不過少。


    宇宙中存在的這種氫豐度,即成為支持大爆炸宇宙論又一有力證據。


    其實支持大爆炸宇宙理論最初的證據,也最先是隨著人類科學技術的不斷進步,製造了更為先進的天文望遠鏡,使我們的觀測尺度延伸到了銀河係以外而更為深邃廣闊的空間。


    根據遙遠星係的星光譜線紅移k量,得知了宇宙過去是處於膨脹的狀態,並且離我們地球越遙遠的星係其退去的速度越快。


    這是從實際觀測上為大爆炸宇宙論再又一添加了支持證據。


    從此,大爆炸宇宙理論得到大多數的科學家們的認可,並成為研究探討宇宙理論的標準模型。

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