浅谈宇宙大爆炸理论.doc

行政管理系浅谈宇宙大爆炸方菲2010-12-27“大爆炸”本是相当深奥的宇宙论术语，如今却已经成为大众媒体上出现频率很高的词语。遗憾的是，由于大众媒体的报道大多属于科技新闻性质，对于大爆炸，往往只告诉读者“宇宙诞生自一次大爆炸”这样一个结论，结果使得公众越发感到科学神秘莫测，甚至引发一些对科学的误解。浅谈宇宙大爆炸摘要：“大爆炸”本是相当深奥的宇宙论术语，如今却已经成为大众媒体上出现频率很高的词语。遗憾的是，由于大众媒体的报道大多属于科技新闻性质，对于大爆炸，往往只告诉读者“宇宙诞生自一次大爆炸”这样一个结论，结果使得公众越发感到科学神秘莫测，甚至引发一些对科学的误解。关键词：宇宙大爆炸 起源 证据 影响从盘古开天辟地的传说，到亚里士多德和托勒密的地心说和哥白尼的日心说，再到今天迅速流行开来的宇宙大爆炸理论，人们对宇宙起源的探索从来就没有停止过。常常有人这样问：“什么引起了大爆炸？”“大爆炸以前发生了什么？”“大爆炸以前宇宙是什么样的？”对热爆炸宇宙理论来说，不存在“大爆炸以前”这样一个时间观念，大爆炸是空间、时间、能量和物质等一切的开端和起源，或者说，在大爆炸之前，没有空间、没有时间，也没有能量和物质。时间是标识宇宙时间的坐标，在时空流行之前，时间不具备任何意义，不在时间中的事件，也没有任何意义，在没有时间的地方，就没有任何常识中的因果关系，时空概念不能外推到大爆炸之前。因此，事先并不存在使大爆炸得以发生的空虚的事件和原因，反过来说发生于大爆炸之前的虚拟的事件不能有后果，因为时间是从大爆炸开始的。倒推着说也可以，时间到大爆炸奇点便停滞了，科学定律失去了意义，可预见性到大爆炸出失效了。人们不能用大爆炸前存在的事件去确定那以后所要发生时间，也不能用大爆炸后发生的事件去确定这之前发生的事件。一、 宇宙的起源我们的宇宙是如何形成的，原始状态如何?有着许多不同的学说，比较公认的是 “大爆炸形成”。所谓大爆炸理论，就是认为宇宙起源于一次“大爆炸”。这只是一种形象的说法，并不同于我们通常意义上理解的爆炸。这一理论有一个基本出发点：宇宙在不断地演化，且具有一个起点。宇宙的起点，也可以说是宇宙的零点，此时的宇宙没有时间，没有空间，没有任何目前能看到的天体，只是一种温度和密度都无限高的真空状态。大爆炸宇宙学认为，大爆炸前的宇宙，是一个无法想象的高温、高密度的火球。”只有中子、质子、电子、光子和中微子等粒子形态的物质，构成宇宙万物的氢都未产生更不要说其它元素和星云、星球了。大约在150亿年以前，高温、高密度的火球发生爆炸，即体积开始膨胀，温度开始降低。所谓宇宙大爆炸，就是高温，高密度火球不断膨胀，从热到冷，从密到稀的物质形成过程。大爆炸后。温度迅速降低，当降到10亿度左右时，有的中子发生衰变，有的与质子结合形成重氢、氦等元素。这时的宇宙能量，多半来自光线。所谓光线，也仅仅止于r射线和x射线而已。氢与氦等物质则溶解在宇宙的光海之中。温度进一步降低时，中子、质子、电子、中微子等基本粒子合成其它元素。当降到100万度时，早期形成化学元素的过程结束。物质的能量密度逐渐超越光线的能量密度，取得了宇宙进化的领导权。当温度进一步降到几千度时，气态物质逐渐凝聚成气云，继而形成各种恒星体系。二、 宇宙大爆炸的证据2003年2月12日，美国宇航局公布了探测器拍到的宇宙“婴儿期照片”，为宇宙大爆炸理论提供了新的依据。根据这张照片科学家还精确地测量出了宇宙的实际年龄是137亿年。图片中的微波光线来自宇宙大爆炸后的38万年，大约是在130多亿年前。美国宇航局的科学家说，这张照片中可以观测到的辐射是一种电磁波，它充满了整个宇宙。电磁波里包含的微观模型信息，显示了形成星系以及我们周围一切结构的萌芽的特征。这次公开的宇宙“婴儿期照片”清晰地显示了这个遗迹的存在，有力地支持了宇宙大爆炸理论。另外，图片还显示宇宙中最早的恒星诞生于宇宙大爆炸发生的2亿年后，比许多科学家认为的要早得多。宇宙起初是由不断相互影响的粒子和射线所构成的一团炽热且无定形的云状物组成的：大爆炸后又过了40万年，宇宙膨胀和冷却到一定程度时，电子和质子结合成中性原子，它们再与周围的射线相互影响。芝加哥大学研究小组的天体物理学家克莱姆营克说：“那时，宇宙是可穿透的。”原始的宇宙射线自由分解，开始了宇宙旅行，产生了被称为宇宙微波背景的白热光早期宇宙中的大规模物质流动使得最后一团分散的射线极化，产生倾向于直线排列的光波。那些射线现在叫做微波，它们还是会在天空某处显示出直线痕迹。大爆炸后的微弱电磁场是有规律可循的。不像人们想象中的那样杂乱无章。这就证实了理论学家所预测的那样：在宇宙出生后的40万年。宇宙的温度开始下降，并在宇宙中心产生原子。除了以上最新的证据显示之外，比较传统的证据如下：a)哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。V=HXD，其中，V(Km/sec)是远离速度；H(Km/sec/Mpc)是哈勃常数，为50；D(Mpc)是星系距离。1Mpc=326百万光年。b)氢与氦的丰存度由模型预测出氢占25，氦占75，已经由试验证实。c)微量元素的丰存度对这些微量元素。在模型中所推测的丰存度与实测的相同。d)背景辐射的微量不均匀证明宇宙最初的状态并不均匀，所以才有现在的宇宙和现在星系和星团的产生。时至今日对于了解整个早期的宇宙来讲，现在发现的证据还只是万里长征的开始。在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在一些未解决的困难问题。这就需要我们站在巨人的肩膀上勇于开拓，去探索更多的未解之谜了。三、 宇宙大爆炸的影响宇宙“大爆炸”后为何宇宙间充斥着物质而不是反物质 ，而且人类为什么会存在呢？爱因斯坦相对论和量子物理的基本理论指出 ，在大约 150亿年前宇宙“大爆炸”后的几纳秒内，同时产生了等量的物质和反物质。随着时间的推移，宇宙中各种粒子和其反粒子可能相遇，正反粒子碰撞后就发生湮灭，释放出光子。如果真是这样的话，今天的宇宙空间里就应该只剩下电磁辐射，我们都不应该存在于这个世界上 ，甚至恒星和银河系也不会存在。但显然，我们周围存在着由物质构成的宇宙 ，物质占有绝对的优势，而反物质只是偶然现象的结果，而且它只存在极短的时间。几十年来，物理学家一直试图解开这个谜团。8 年来，美国费米国家实验室Dzero项目组科学家收集了从该实验室的Tevatron加速器中得到的数以万亿计的质子和反质子的碰撞数据，结果发现，在短短的 1 秒钟内，碰撞产生的中性 B介子会在其正常的物质状态和反物质状态之间来回“摇摆”几万亿次，并且，B 介子似乎能够更快地从其反物质状态转变到物质状态 ，而不是相反，最终使得在 B 介子衰变到 介子时，物质比反物质多 1%。新的研究结论虽然“令人兴奋”，但还要等到科学家直接观察到一直非常神秘的 B 介子的行为，结合这个实验中的结论才足以解开“我们为何存在”这个谜题。有科学家表示，最有可能的解释是 ，也许存在着一些标准模型没有预测到的新粒子或者粒子之间的新关系，大型强子对撞机(LHC)或许可以给我们提供一些答案。幸亏有了这 1%的不对称，否则我们的宇宙也许就是另一番虚无的景象。早在 1967 年，前苏联物理学家、也就是人们熟知的那位持不同政见者安德列萨哈罗夫就提出，电荷宇称破缺导致宇宙大爆炸后物质多于反 物质。反物质在与物质的拼斗中很可能略逊一筹，而不像影片星际旅行 吹嘘的那样强大。费米实验室的最新证据更表明，迄今代表主流学术见解的宇宙标准模型即便正确，也很不完整，还有一些非常重要的东西等待我们去发现。参考文献1巨尤白说“宇宙大爆炸”太空探索，2001，（3）：26-292丁凡