宇宙大爆炸僅僅是一種學說,是根據天文觀測研究後得到的一種設想。

  大約在50億年前,宇宙所有的物質都高度密集在一點,有著極高的溫度,因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以後,物質開始向外大膨脹,就形成了今天我們看到的宇宙。大爆炸的整個過程是複雜的,現在只能從理論研究的基礎上描繪過去遠古的宇宙發展史。在這150億年中先後誕生了星系團、星系、我們的銀河系、恆星、太陽系、行星、衛星等。現在我們看見的和看不見的一切天體和宇宙物質,形成了當今的宇宙形態,人類就是在這一宇宙演變中誕生的。

  人們是怎樣能推測出曾經可能有過宇宙大爆炸呢?這就要依賴天文學的觀測和研究。我們的太陽只是銀河系中的一兩千億個恆星中的一個。像我們銀河系同類的恆星系——河外星系還有千千萬萬。從觀測中發現了那些遙遠的星系都在遠離我們而去,離我們越遠的星系,飛奔的速度越快,因而形成了膨脹的宇宙。

  對此,人們開始反思,如果把這些向四面八方遠離中的星系運動倒過來看,它們可能當初是從同一源頭髮射出去的,是不是在宇宙之初發生過一次難以想像的宇宙大爆炸呢?後來又觀測到了充滿宇宙的微波背景輻射,就是說大約在150億年前宇宙大爆炸所產生的餘波雖然是微弱的但確實存在。這一發現對宇宙大爆炸是個有力的支持。

  宇宙大爆炸的觀點:

  1932年勒梅特首次提出了現代宇宙大爆炸理論:整個宇宙最初聚集在一個「原始原子」中,後來發生了大爆炸,碎片向四面八方散開,形成了我們的宇宙。美籍俄國天體物理學家伽莫夫第一次將廣義相對論融入到宇宙理論中,提出了熱大爆炸宇宙學模型:宇宙開始於高溫、高密度的原始物質,最初的溫度超過幾十億度,隨著溫度的繼續下降,宇宙開始膨脹。

  1965年,彭齊亞斯和威爾遜發現了宇宙背景輻射,後來他們證實宇宙背景輻射是宇宙大爆炸時留下的遺蹟,從而爲宇宙大爆炸理論提供了重要的依據。他們也因此獲1978年諾貝爾物理學獎。

  20世紀科學的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的體現。他對於宇宙起源後10-43秒以來的宇宙演化圖景作了清晰的闡釋.

  宇宙的起源:最初是比原子還要小的奇點,然後是大爆炸,通過大爆炸的能量形成了一些基本粒子,這些粒子在能量的作用下,逐漸形成了宇宙中的各種物質。至此,大爆炸宇宙模型成爲最有說服力的宇宙圖景理論。然而,至今宇宙大爆炸理論仍然缺乏大量實驗的支持,而且我們尚不知曉宇宙開始爆炸和爆炸前的圖景。

  宇宙大爆炸理論:大爆炸理論

  大爆炸理論是關於宇宙形成的最有影響的一種學說,英文說法爲BigBang,也稱爲大爆炸宇宙論。大爆炸理論誕生於20世紀20年代,在40年代得到補充和發展,但一直寂寂無聞。直到50年代,人們才開始廣泛注意這個理論。

  大爆炸理論的主要觀點是認爲我們的宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個時期里,宇宙體系並不是靜止的,而是在不斷地膨脹,使物質密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過程如同一次規模巨大的爆發。根據大爆炸宇宙學的觀點,大爆炸的整個過程是:在宇宙的早期,溫度極高,在100億度以上。物質密度也相當大,整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態的物質。但是因爲整個體系在不斷膨脹,結果溫度很快下降。當溫度降到10億度左右時,中子開始失去自由存在的條件,它要麼發生衰變,要麼與質子結合成重氫、氦等元素;化學元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬度後,早期形成化學元素的過程結束(見元素合成理論)。宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當溫度降到幾千度時,輻射減退,宇宙間主要是氣態物質,氣體逐漸凝聚成氣雲,再進一步形成各種各樣的恆星體系,成爲我們今天看到的宇宙。

  大爆炸模型能統一地說明以下幾個觀測事實:

  a)理論主張所有恆星都是在溫度下降後產生的,因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今天這一段時間爲短,即應小於200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。

  b)觀測到河外天體有系統性的譜線紅移,而且紅移與距離大體成正比。如果用都卜勒效應來解釋,那麼紅移就是宇宙膨脹的反映。

  c)在各種不同天體上,氦豐度相當大,而且大都是30%。用恆星核反應機制不足以說明爲什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論,早期溫度很高,產生氦的效率也很高,則可以說明這一事實。

  d)根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等,可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。

  按照大爆炸理論,宇宙是150億年前從一個極小的點誕生的,從那裡誕生了時間和空間、質量和能量,從而由物質小微粒聚集成大團的物質,最終形成星系、恆星和行星等。在大爆炸發生前,宇宙中沒有物質,沒有能量,甚至沒有生命。

  但是,大爆炸理論無法回答現在的宇宙在大爆炸發生之前到底是什麼樣,或者說發生這次大爆炸的原因是什麼?按照大爆炸理論,宇宙沒有開端。它只是一個循環不斷的過程,從大爆炸到黑洞的周而復始,便是宇宙創生與毀滅並再創生的過程。

  這只是一個設想,並不是一個完美的理論。

  大爆炸理論雖然並不成熟,但是仍然是主流的宇宙形成理論的關鍵就在於目前有一些證據支持大爆炸理論,比較傳統的證據如下所示:

  a)紅位移

  從地球的任何方向看去,遙遠的星系都在離開我們而去,故可以推出宇宙在膨脹,且離我們越遠的星系,遠離的速度越快。

  b)哈勃定律

  哈勃定律就是一個關於星系之間相互遠離速度和距離的確定的關係式。仍然是說明宇宙的運動和膨脹。

  V=H×D

  其中,V(Km/sec)是遠離速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常數,爲50;D(Mpc)是星系距離。1Mpc=3.26百萬光年。

  c)氫與氦的豐存度

  由模型預測出氫占25%,氦占75%,已經由試驗證實。

  d)微量元素的豐存度

  對這些微量元素,在模型中所推測的豐存度與實測的相同。

  e)3K的宇宙背景輻射

  根據大爆炸學說,宇宙因膨脹而冷卻,現今的宇宙中仍然應該存在當時產生的輻射餘燼,1965年,3K的背景輻射被測得。

  f)背景輻射的微量不均勻

  證明宇宙最初的狀態並不均勻,所以才有現在的宇宙和現在星系和星團的產生。

  g)宇宙大爆炸理論的新證據

  在2000年12月份的英國《自然》雜誌上,科學家們稱他們又發現了新的證據,可以用來證實宇宙大爆炸理論。

  長期以來,一直有一種理論認爲宇宙最初是一個質量極大,體積極小,溫度極高的點,然後這個點發生了爆炸,隨著體積的膨脹,溫度不斷降低。至今,宇宙中還有大爆炸初期殘留的稱爲「宇宙背景輻射」的宇宙射線。

  科學家們在分析了宇宙中一個遙遠的氣體雲在數十億年前從一個類星體中吸收的光線後發現,其溫度確實比現在的宇宙溫度要高。他們發現,背景溫度約爲-263.89攝氏度,比現在測量的-273.33的宇宙溫度要高。

  雖然已有上述證據存在,但是宇宙是否起源於大爆炸學說,仍然缺乏足夠多的令人信服的證據。

  宇宙大爆炸理論是現代宇宙學的一個主要流派,它能較滿意地解釋宇宙學的一些根本問題。宇宙大爆炸理論雖然在20世紀40年代才提出,但20年代以來就有了萌芽。20年代時,若干天文學者均觀測到,許多河外星系的光譜線與地球上同種元素的譜線相比,都有波長變化,即紅移現象。

  到了1929年,美國天文學家哈勃總結出星系譜線紅移星與星系同地球之間的距離成正比的規律。他在理論中指出:如果認爲譜線紅移是都卜勒效果的結果,則意味著河外星系都在離開我們向遠方退行,而且距離越遠的星系遠離我們的速度越快。這正是一幅宇宙膨脹的圖像。

  40年代美國天體物理學家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理論。該理論認爲,宇宙在遙遠的過去曾處於一種極度高溫和極大密度的狀態,這種狀態被形象地稱爲「原始火球」。以後,火球爆炸,宇宙就開始膨脹,物質密度逐漸變稀,溫度也逐漸降低,直到今天的狀態。這個理論能自然地說明河外天體的譜線紅移現象,也能圓滿地解釋許多天體物理學問題。1964年美國人彭齊亞斯和威爾遜又發現了宇宙大爆炸理論的新的有力證據。

  該理論作爲一門發展中的理論,雖然得到了絕大多數科學家的認同,但仍有一些解釋不了的問題,需要進一步完善其理論體系。