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时间:2019-09-06 14:50:20 作者:admin

[DIV]新浪科技新闻,北京时间6月19日,据国外媒体报道,“大爆炸”一词对不同的人有不同的含义。最常见的意思是它描述了哈勃体积变薄的过程,并从致密和热的原始状态冷却下来。根据这种描述,宇宙不断膨胀,这种理论就像生物学中的“适者生存”理论,很少有人质疑。

宇宙大爆炸理论也代表了宇宙学家根据今天观察到的线索来恢复宇宙140亿年历史的最佳尝试。更具体地说,大爆炸也可以指哈勃体积的诞生,也就是事情开始改变并最终导致今天一系列事件的时刻。

宇宙学家几十年来一直在争论在那短暂的瞬间发生了什么,但还没有得出结论。

经典大爆炸理论

在人类历史的大部分时间里,观星者相信宇宙是永恒不变的。埃德温·哈勃(Edwin Hubble)在20世纪20年代的观测引起了巨大的轰动:他的观测表明,不仅银河系之外还有其他星系存在,而且这些星系的光线被拉伸,这表明它们离地球很远。

当代比利时物理学家乔治·勒迈特将哈勃的观测数据解释为宇宙正在膨胀的证据。不久前,爱因斯坦刚刚公布了广义相对论的场方程,还提出了宇宙膨胀的可能性。勒迈特向前推进,认为虽然星系现在彼此分离,但它们在开始时一定聚集在他所谓的“原始原子”中。

勒迈特的理论现在被称为“大爆炸”。“大爆炸”的首次公开使用实际上来自于该理论的批评家,英国天文学家弗雷德·霍伊尔。

1949年3月28日,霍伊尔在他支持的理论辩论中首次创造了这个词。他认为宇宙是永恒的,并将不断创造新的物质来弥补宇宙膨胀造成的物质稀释。霍伊尔关于“宇宙中所有物质都是在遥远过去的某个时间点发生大爆炸”的说法是不合理的。

“大爆炸是一个可怕的词!”

普林斯顿大学宇宙学家保罗·斯坦哈特指出,使用“大拉伸”一词可能更合适。斯坦哈特认为,“爆炸”的形象很容易导致混乱。这意味着存在一个中心点,连续向外扩张的边缘,以及前面的小碎片和后面的大岩石的散射。然而,宇宙的膨胀与这些描述大不相同。没有所谓的中心点和边缘,大小星系的扩散速度是一样的(尽管遥远的星系在暗能量的影响下会移动得更快)。

无论这个名字是否恰当,大爆炸理论都能很好地解释我们的观察结果,这在目前还不能与其他理论相提并论,因此被人们广泛接受。例如,在宇宙诞生后的三分钟内,光与质子和中子等粒子之间的平衡使得早期元素形成的速度正好与宇宙中氦和其他轻原子的数量一致。

那时,原子核形成的时间很短。从那以后,宇宙一直在膨胀,这些元素无法相遇。在那之前,环境太热了。

在接下来的378,000年里,宇宙充满了云状等离子体。直到宇宙进一步冷却,电子和质子才形成中性氢原子,“雾”才消散。在这个过程中,光也被释放出来,光的波长被进一步扩展并变成微波。这是研究人员可以直接研究的最早的已知物体。它们被称为“宇宙微波背景辐射”,被许多研究者视为大爆炸理论的最强有力证据。

爆炸性新闻

然而,随着宇宙学家继续追踪他们的起源并进一步研究宇宙的早期历史,这个故事的真相逐渐浮出水面。广义相对论方程指出宇宙原本是一个温度无限高、密度无限的小点,这就是所谓的奇点。然而,这一理论不仅在物理上不合逻辑,而且与宇宙平滑平坦的微波背景不一致。

奇点的超高温和高密度波动会使宇宙在性质上有所不同,但宇宙中微波背景的变化很小,时空曲率看起来很平坦,这表明物质和曲率一开始就达到了近乎完美的平衡状态,这对于大多数宇宙学家来说是非常不可思议的。

20世纪80年代,美国宇宙学家阿兰·古斯就宇宙刚刚诞生时发生的事件提出了一套新的观点。他认为宇宙在第一瞬间的膨胀速度远远高于现在的膨胀速度。在某个时间点,这个过程停止了,产生了大量致密的热粒子,取代了原来的奇点。“在我看来,当宇宙变热时,就是所谓的大爆炸。”

这种理论被称为膨胀理论,现在许多理论模型正在与之竞争。虽然没有人知道宇宙为什么膨胀得如此之快,但这个理论有越来越多的支持者,因为它能很好地解释宇宙平滑而平坦的微波背景(膨胀保持小波动,消除大波动)。

其他理论

然而,最近的研究在通货膨胀理论中引起了一些波动。研究表明,宇宙某些区域的膨胀(如我们的哈勃体积)可能会停止,而其他区域的膨胀可能会继续,从而将宇宙分成一系列相互独立的块,每个块都有“一组可以想象的宇宙属性”。许多物理学家不喜欢“多元宇宙”的想法,因为它产生了无数无法验证真实性的推测。

宇宙学家认为,就像引起温度和密度的轻微变化一样,宇宙膨胀会产生穿过宇宙微波背景中星系的引力波。现有的实验技术应该足够灵敏来探测这种现象,但是到目前为止,我们还没有观察到这样原始的空间和时间波动。

许多研究人员仍在等待更精确的宇宙微波背景测量技术来验证或伪造当前的膨胀模型。然而,其他物理学家认为宇宙的“平滑度”没有任何问题。也许宇宙一开始是均匀一致的,没有进一步的解释。

尽管实验者仍在努力提高实验技术的准确性,但一些理论家已经放弃了膨胀理论,试图找到其他理论来解释宇宙为何如此“扁平”。例如,他们正在研究“大跳跃”模型,该模型认为宇宙的起点比最初认为的要早。宇宙经历了一段收缩期,这使空间和时间变得平滑,并为随后发生的爆炸膨胀做准备。宇宙学家希望找到一些新的迹象并提出新的理论。

宇宙中还能发现其他可观察到的特征吗?几年后再问宇宙学家这个问题。我希望到那时我们会有答案。

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