文档介绍:关于大爆炸宇宙论的看法
在学完天文学概论这门课程后,我对于我们现在所处的地球以及 整个宇宙都产生了极大的敬畏、尊重之情和好奇心。同时也发现,在 讨论天文学的同时脱离不了物理学的讨论,天文与物理息息相关。
在听了老师对整个宇宙的起源及发展关于大爆炸宇宙论的看法
在学完天文学概论这门课程后,我对于我们现在所处的地球以及 整个宇宙都产生了极大的敬畏、尊重之情和好奇心。同时也发现,在 讨论天文学的同时脱离不了物理学的讨论,天文与物理息息相关。
在听了老师对整个宇宙的起源及发展的讲述后,我对其中的大爆 炸宇宙论产生了极大的兴趣。在此之前有许多的科学家都对宇宙的构 造和本原提出了观点。由文艺复兴时代哥白尼的日心说开始,建立了 牛顿静态宇宙观。牛顿静态宇宙观不单指牛顿本人的论述,而是泛指 在牛顿经典力学体系架构下,对宇宙整体特性形成的观念。牛顿静态 宇宙观的基本观点是:时间和空间是绝对的,相互独立的;时间和空 间都是无限的。但后来人们发现了原子内部的秘密,窥测到了遥远河 外星系的行踪。普朗克实验启发了薛定谔等人,使他们创建了量子力 学。这些发现都与牛顿经典力学中的理论所相悖,而更与爱因斯坦的 广义相对论更加契合。而后爱因斯坦提出了有限无界宇宙模型,模型 服从黎曼几何学。这个模型指出现实的三维空间是一个无界空间,没 有边界;宇宙是没有中心的。但只要有物质,宇宙中就存在引力场, 引力场的大小与时空弯曲的程度有关。时间和空间的结构和性质是依 赖物质的,不能独立于物质而绝对地存在。如果物质没有了,时间和 空间也就跟着没有了。爱因斯坦为了克服静态宇宙模型的不稳定性在
引力场方程中加入常数表示宇宙项,但后来在 1992 年,苏联数学家 弗里德曼通过求解出不含宇宙项的引力方程的通解而得到一个膨胀 的有限无界宇宙模型,而这个模型最终也被天文观测所证实。
在膨胀的有限无界宇宙模型的观念下,伽莫夫和阿尔弗、赫尔曼 提出了一个比较完整的宇宙创新理论。该理论提出,宇宙是在高温高 压的状态下,原始的基本粒子即中子突然膨胀,中子衰变转化为其他 粒子后,逐渐形成其他的元素,从而形成整个星系等天体。当时由于 没有条件去证明这个理论是否成立,也没有什么科学家认为这一理论 是正确的。当时并没有受到重视,被人们戏称为“大爆炸理论”。20 多年后,理论被证实后才成为了举世公认的“标准宇宙模型”。
在大爆炸理论中,在最开始的三分钟里就已经快速地发生了许多 反应。我们根据相等的宇宙温度下降间隔来将最初的三分钟里发生的 反应逐一看清楚:
第一个画面:宇宙温度为10iiK,充满着数量丰富的粒子,
包括电子及其反粒子、正电子、光子、中微子。在第一个画面中,宇 宙的密度非常大,逃逸速度也相应变大,宇宙膨胀的特征时间约为 。其中,最重要的反应是:反中微子+质子导正电子+中子;中 微子+中子分电子+质子。假设中微子与反中微子、正电子和电子数量 都相差不多,质子转化为中子和中子转化为质子的速度也就相差无几 质子数和中子数大致相等。
第二个画面:宇宙温度为3X10ioK,宇宙中的主要成分的粒
子仍处于热平衡状态,还没有质的变化。因此,能量密度按照温度的
四次方下降。。随着温 度降低,中子转化成质子更为容易。核粒子平衡变为38%的中子和62%