天穹经三第四章近代各理论模型下的天体运动四

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    四节:宇宙大爆炸模型从众多的理论模型中脱颖而出

    随着人类的科学技术的飞速发展,随之天文观测仪器的观察精度也有了进一步的提高,——

    关于宇宙的理论研究,虽然一直走在最前面,但是任何理论模型下的推论和预测,都必须要得到实际观察上的验证,才能得到更多的人们认可。

    由理论先取得最早的推理认为,然而要得到人们所认可而又必须符合从实际的观测上得出来的结论。

    随着对宇宙观察空间的不断扩大——人们的天文观察视线已经超出了银河系的空间范围。

    从哈勃观测的2.5亿光年范围内的河外星系,并发现测得离我们这个距离的星系,其正处以每秒2.600英里的速度而后退。

    离我们越是遥远的星系,其退去的速度越是体现为更高。

    哈勃关系式告诉我们,星系谱线的红移量,与星系到我们的距离粗略地成正比。

    由于星系星光所保存是反应了宇宙过去的时空信息,于是得到大多数科学家们的认可,宇宙最早初期物质不只是产生了膨胀而是发生了大爆炸。

    1922年,前苏联物理学家弗里德曼根据爱因斯坦的引力方程式推论出他的一种多空间宇宙模型:

    根据空间的几何特性,如若是平直的,就得到一个不断膨胀的宇宙;

    如果空间几何是表现为凸面的,则会处于一个既膨胀又收缩轮换的封闭宇宙;

    假如空间的几何是显示为凹面的,即能得到一个始终膨胀的敞开宇宙。

    到了1927年,比利时人勒梅特在研究了“弗里德曼宇宙”的提前下,提出了大尺度空间随时可膨胀的概念,建立了“勒梅特膨胀宇宙”模型。

    从哈勃提出的哈勃关系式以后,在同一年里,英国物理学家爱丁顿最先把它与宇宙膨胀说联系在一起,认为宇宙的膨胀已得到了天文观测的证实。

    弗里德曼和勒梅特他们所论述的膨胀宇宙,胀大总是从物质密度无穷大而开始的。

    1932年,勒梅特在他的模型的基础上,提到了一个宇宙演化理论学说,认为整个宇宙内的物质最初时期集中在一个叫做“超原子宇宙蛋里”,后来由于某种机制的作用发生了猛烈的大爆发,裂开的碎片向四方八面散开抛射出去,物质经过随空间不断的扩张而冷却,以致形成了今天的宇宙情形。

    但因为他当时还没有足够的核物理学知识,对爆炸后的宇宙物质演化的具体过程和一些细节作一番描绘;再一个原因,勒梅特当时还低估了宇宙的年龄。

    理论的预测随着实际的观测,大爆炸宇宙理论逐渐走向完善。

    到了1948年,盖莫夫从勒梅特的宇宙演化学说的基础上,已又前进了一步,提出了系统的大爆炸宇宙学说。

    大爆炸学说提出以后,通过一些天文学家再一次的完善,把宇宙从诞生来的时间,可追溯到约200亿年前。

    根据理论学说所描述的一些,在宇宙蛋未产生爆炸以前,时间还没有开启;经过大爆发以后,经历了各不同阶段的物质演化时代——

    普朗克时代、大统一时代、强子形成时代、轻子产生时代、原子核合成时代、物质诞生时代、物质复合时代等等,接着宇宙开始变得透明起来,逐渐形成星系,到星系团、恒星与恒星系。

    大爆炸宇宙理论,预言宇宙通过大爆发以后,物质从既密且热的状态下经过分裂后随着爆炸所产生的力量往四方周围抛射到遥远的各个空间,随着空间的迅速扩充而物质会快速的冷却下来。

    物质的这种快速冷却必须存在着充斥整个宇宙空间的布景辐射。

    这种宇宙布景辐射处微波波段,强度高,它产生的温度是绝对温度三度,即为摄氏零下270度,一般写成3K,由于它均匀地分布在天空布景上,因此科学家们给它起了个名叫做宇宙“微波布景辐射”。

    大爆炸宇宙论所预言的这种在宇宙内均匀地分布,并且各向同性,还属于热辐射的微波波段。

    1964年至1965年之间,彭齐亚斯和威尔逊为了接受从人造卫星上,传过来的微弱信号,使用了特殊的角状天线,并安装了接收器。

    可是,他们两却意外地受到了一种当时令他们不解而奇怪的辐射信号。

    这种辐射信号在天空中任何一个方向上都能接受到,而且其强度均一样,各向同性,没有季节变化,相当于3.5K度物体的辐射。被认为只能是一种宇宙布景辐射。

    这一发现,后来也被其他科学家发现,认为是宇宙大爆炸后的残余布景辐射,成了支持大爆炸宇宙理论证据之一。

    支持大爆炸宇宙论还有其它可验证的地方,根据大爆炸理论所描绘的宇宙各物质演化时代,其中包括氢核合成氦的时代。

    依据这种理论上的估计,目前宇宙中残留的氢丰度为百分之24.6左右。

    当前,射电天文望远镜在观测的整个银河系内和许多近邻星系中都发现了氢的存在,甚至在更遥远的天体上,也探测到了氢。

    在所有能测定到氢的场合下,有力的数据表明,不管在哪里,只要有五个氦原子核便有十个氢核,似乎即不过多也不过少。

    宇宙中存在的这种氢丰度,即成为支持大爆炸宇宙论又一有力证据。

    其实支持大爆炸宇宙理论最初的证据,也最先是随着人类科学技术的不断进步,制造了更为先进的天文望远镜,使我们的观测尺度延伸到了银河系以外而更为深邃广阔的空间。

    根据遥远星系的星光谱线红移K量,得知了宇宙过去是处于膨胀的状态,并且离我们地球越遥远的星系其退去的速度越快。

    这是从实际观测上为大爆炸宇宙论再又一添加了支持证据。

    从此,大爆炸宇宙理论得到大多数的科学家们的认可,并成为研究探讨宇宙理论的标准模型。