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关于宇宙”大爆炸“理论的证据,这个推测为什么能站得住脚

2018-01-12 11:06:43 来源:独品一鸣

大爆炸理论是关于宇宙形成的最有影响的一种学说,英文说法为“Big Bang”,也称为大爆炸宇宙论。

大爆炸理论诞生于2n世纪2n年代,在20世纪40年代得到补充和发展,但一直默默无闻。直到20世纪50年代,人们才开始广泛注意这个理论。大爆炸理论认为我们的宇宙诞生于140亿年前,并曾有一段从热到冷的演化史。迄今人类已经获得的宇宙大爆炸证据有很多内容。

宇宙“婴儿期照片

若干年前,美国航空航天局(NASA),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。据报道,这张珍贵的照片是NASA科学家通过威尔金森各向异性微波探测器经过一年时间的观测获得的结果。照片中包含了许多令人震惊的信息,为支持宇宙大爆炸和宇宙膨胀理论提供了新的依据,同时为揭开暗能量之谜指引了道路。据有关人士估计,这项成果是近几年宇宙研究中最重大的发现之一。

NASA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。

追踪伽马射线脉冲的源头

NASA的RHESSI卫星在拍摄太阳耀斑照片时,意外地在太阳边缘的背景区域捕捉到一个极强的伽马射线脉冲,首次发现伽马射线脉冲的偏振现象。这一发现表明磁场有可能是伽马射线爆发的背后因素。太阳耀斑是太阳大气中的剧烈爆炸,通常由电磁能量的突然释放导致。

伽马射线脉冲则是伽马射线的随机爆发,大约每天一次,其亮度约为太阳的百亿亿倍。以前的观察显示,伽马射线脉冲有可能是一些特别的星体,如超新星爆发时产生的,但并非所有的超新星爆发都能产生伽马射线脉冲,因此伽马射线脉冲的原理一直未能弄清。

NASA的一颗人造卫星在对太阳进行观测时,意外地发现了一个有关伽马射线脉冲形成机制的重要线索。这可能是迄今为止天文学家们发现的最重要的证据之一,它有可能揭示宇宙大爆炸的秘密。伽马射线脉冲是整个宇宙中最为壮观的爆炸,因此它对研究宇宙的形成具有非凡的意义。

宇宙第一星

《自然》杂志曾报道说,一组来自瑞典、德国、澳大利亚、美国和巴西的科学家,最近发现了一颗遥远又模糊的古老星星,估计这颗星星可以追溯至宇宙的起源。这颗巨大的星星被称为HE0107-5240,它在双鱼座星云上,距离地球约3.6万光年。

但由于它的光线非常弱,所以肉眼无法看到。它的最奇特之处在于,它几乎不合任何金属元素,这在银河系里是极其稀有的。

其实早在25年前,科学家就一直假设,不含金属元素或低金属含量的星星是存在的。但在这以前,从来没有人能证实这一理论的存在,科学家只能单方面进行猜测。科学家们相信,在宇宙大爆炸后,宇宙是由最轻的元素氢、氦和锂组成的;后来由于发生了激烈的核聚合,经过化学反应,轻元素被合成了重元素,像碳、磷和铅;于是,其他元素在星星内部逐渐自然形成。

通过对像HE0107-5240这样比较原始的星体的观测发现,在银河系和许多河外星系中,轻元素氢的同位素氘相对于氢的数量基本上是均匀分布的,这和许多重元素的非均匀分布形成了鲜明的对照。用宇宙大爆炸理论解释就是,因为大爆炸后最初几分钟内预期出现的高温以及高密度状态,导致了轻元素的合成,而重元素则是在众多的恒星内核深处合成,直到发生超新星爆发时才大量散布开来的,所以它们不会是均匀分布的。

偏振羽毛

芝加哥大学的天文学家通过271天,每天长达20个小时对于南极天空的观测数据表明,人类对于宇宙诞生的大爆炸理论有了新证据。观测数据是从一台先进的天文望远镜中收集起来的。这台天文望远镜实际作用是一对偏光板。就是用这样的仪器,由约翰·卡尔斯姆博士领导的研究小组发现:被认为是大爆炸后遗留下来的微弱电磁波出现了偏振现象。该小组还发现,当这些电磁波射向地球时,整个偏振的效果就像是一支美丽而神奇的羽毛。

这就是说,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,在宇宙诞生后的40万年,宇宙的温度开始下降,并在宇宙中心产生原子。

发现宇宙射线

1965年,两位来自贝尔实验室的科学家发现了宇宙射线,

并因此获得了诺贝尔奖。根据理论的计算,约翰·卡尔斯姆博士捕获的信息是宇宙诞生后40万年的电磁波。

对于一些纯粹的爱好者来讲,约翰·卡尔斯姆博士的发现可能不大好理解,为什么偏振让众多宇宙学家如此兴奋。为此约翰·卡尔斯姆博士打了一个通俗的比喻,偏振本身比其他现象包含了更多的信息,这也就类似于人们从以前彩色电视机中获得的信息比黑白电视机要多。

测定遥远星系红化

最直接的证据来自对遥远星系光线特征的研究。20世纪20年代,天文学家埃德温·哈勃研究了维斯托·斯里弗所做的观测。他注意到,远星系的颜色比近星系的要稍红些。哈勃仔细测量了这种红化,并画了一张图。他发现,这种红化是系统性的,星系离我们越远,它就显得越红。

光的颜色与它的波长有关。在白光光谱中,蓝光位于短波端,红光位于长波端。遥远星系的红化意味着它们的光波波长已稍微变长了:在仔细测定许多星系光谱中特征谱线的位置后,哈勃证实了这个效应。他认为,光波变长是由于宇宙正在膨胀的结果。哈勃的这个重大发现奠定了现代宇宙学的基础。

3K宇宙背景辐射

早在20世纪40年代未,大爆炸宇宙论的鼻祖伽莫夫认为,我们的宇宙正沐浴在早期高温宇宙的残余辐射中,其温度约为6K。这正如一个火炉虽然不再有火了,还可以冒一点热气。1964年,美国贝尔电话公司年轻的工程师彭齐亚斯和威尔逊在调试他们那巨大的喇叭形天线时,出乎意料地接收到一种干扰噪声,各个方向上信号的强度都一样,而且历时数月而无变化。他们分析后认为,这种噪声肯定不是来自人造卫星,也不可能来自太阳、银河系或某个河外星系射电源,因为在转动天线时,噪声强度始终不变。

后来,经过进一步测量和计算,此噪声的辐射温度是2.7K,一般称之为3K宇宙微波背景辐射。这一发现,使许多从事大爆炸宇宙论研究的科学家们获得了极大的鼓舞。因为彭齐亚斯和威尔逊等人的观测竟与理论预测的温度如此接近,是对宇宙大爆炸理论的一个非常有力的支持!

其他传统证据

比较传统的证据如下:哈勃定律说明了宇宙的运动和膨胀;氢与氦的丰存度由模型预测出氢占25%,氦占75%, 已经由实验证实;在模型中所推测的微量元素的丰存度与实测的相同;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星系、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尚未解决的问题。目前最让人头疼的是,宇宙膨胀的原因和确切的时间。

责任编辑:liuyifei
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