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严老师讲义
2.1 宇宙大爆炸理论
哈勃定律指出,随着时间的推进,宇宙一直在膨胀。我们利用逆向思维,让时间倒流的话,宇宙一开始应该是非常小的?这就是宇宙大爆炸理论的基本思想。
宇宙大爆炸是现在最被广为接受的关于宇宙起源的理论。大爆炸理论说的是,宇宙一开始是一个没有体积、密度无限大的奇点,随后发生了大爆炸,时间和空间被创造出来。
宇宙一开始是十分炙热的,充满了光和能量,并且温度极高。但是随着宇宙的膨胀,它慢慢的冷却下来,各种基本粒子开始形成。
又在万有引力的作用下,物质聚合到一起,形成了天体和星系。经过140亿年的时间,逐渐发展成我们今天宇宙的模样。
宇宙大爆炸理论,最早是在1927年,由比利时宇宙学家勒梅特提出的。以当时的眼光看,大爆炸理论只能被当作一种幻想,没有任何坚实的证据。
宇宙大爆炸理论的流行,要归功于两个美国科学家彭齐亚斯和威尔逊。他们于1965年发现了宇宙微波背景辐射,为宇宙大爆炸理论提供了强有力证据。
2.2 宇宙微波背景辐射
在上世纪60年代,射电天文望远镜已经发明了。传统的望远镜是由透镜组成的,有两块大玻璃就能够观察星空。
但射电天文望远镜并不是玻璃做的,从形状上来看,它跟卫星电视的接收天线是一样的。射电天文望远镜的优势在于,它可以接收传统望远镜接收不到的信号。
传统的天文望远镜主要用来接收可见光,而射电天文望远镜是用来接收比红外线波长还要长的电磁波信号,因此就做成了天线的形状。
波长在红外线以上的电磁波不会因为大气层的散射而过多的衰减,所以只要把射电天文望远镜的口径做得足够大,就能观测到更多的电磁波信号。
当时彭齐亚斯和威尔逊两个人并没有明确的目的,只是单纯的想用射电天文望远镜看看宇宙里都有哪些电磁波信号。为了排除一切可能的信号干扰,他们挑选了远离城市的僻静之地进行观测。
神奇的是,不论望远镜指向什么方向,总有一个频段处在微波范围内的微弱信号存在,跟我们平时用的微波炉的波长类似。
现实世界中的仪器总是有误差的,一般人可能会把这个信号理解为背景噪音。但是两位科学家发挥了钻牛角尖的极致精神,他们排除了一切可能性,最后得出结论:这个信号只能是从宇宙的最深处传来的。
为什么会得出这样的结论呢?因为如果信号是从宇宙中某个特定位置传来的话,它的强弱一定是与方向有关的,望远镜瞄准这个方向会收到最强的信号。
然而两位科学家观测到的微波信号却与观测的方位关系不大,所以信号源一定不是某个具体的星体,而是遍布在宇宙空间当中的。
一个合理的解释就是,该信号作为一种“背景噪音”,是从宇宙深处传来的,所以被命名为宇宙微波背景辐射。
2.3 背景辐射如何佐证宇宙大爆炸理论?
宇宙微波背景辐射的存在很好地佐证了大爆炸理论的正确性。
根据多普勒效应,凡是从宇宙深处传来的电磁波,都经过了充分的红移。也就是说信号在发出之前,它的频率应该比微波高不少。
如果宇宙大爆炸理论是正确的,那么宇宙在早期刚刚发生爆炸的时候,由于能量和温度都极高,宇宙应该处于“一锅热汤”的状态。
而宇宙微波背景辐射是从宇宙深处传来的,它恰好记录了宇宙诞生之初的状态。
根据计算,我们把微波背景辐射的频率用红移反推回去就会发现,这些微波从宇宙深处传来之初,确实是处于一种炽热的状态。微波背景辐射作为宇宙诞生之初的印记,证明了大爆炸理论的正确性。
背景辐射为什么会一直存在?
严伯钧 回复 @茶叶有沫: 就是电磁波,宇宙背景一直在不停的辐射电磁波,已经经过地球的确实是测不到了,但是还有没到地球的。
为什么百度上“奇点”读“qi dian”?
严伯钧 回复 @顾gyz: 翻译问题,它根本就不是一个点。
哈勃望远镜能看见的最远的距离只能知道宇宙至少存在的时间,不能准确地知道宇宙存在的时间吧?
严伯钧 回复 @顾gyz: 除非宇宙的物理定律发生过重大变化,比如一开始光速不是现在的数值之类的,否则哈勃望远镜能看见的最远距离应该就是宇宙存在的时间。
我猜宇宙大爆炸之前全是暗物质与暗能量 而我们所说的引力 就是因为我们活在暗物质之中 而暗能量就是暗物质带给我们的压力 就像鱼活在水里却不知道水的存在 可是时时刻刻承受着水的压力一样
会翔__ 回复 @武子_nl: 大爆炸之前没有时间,也不可能有“之前”。
暗能量大于万有引力的话,物质为什么还会聚合到一起呢
严伯钧 回复 @dimplemm: 在局部可能万有引力占主导。
请问怎么理解宇宙“深处”和“最深处”,这是相对于哪个“浅处”?
Svip超级会员 回复 @SG08: 肯定是相对于咱们自己说的
在地球测量宇宙诞生时间和在宇宙边缘测量宇宙诞生时间是不是会不同呢?
宇宙之外也是空间吗
我是嘀嘟 回复 @我是嘀嘟: 要不宇宙往哪扩展
宇宙诞生之初能量(也就是温度)是非常高的,在那一瞬间,熵应该是达到饱和的,应该直接熵减再熵增,如此反复,那么现在的世界应该是不存在的啊?!
严伯钧 回复 @菜色的拉拉受_王母_: 宇宙初期的物理规律很诡异,你可以理解为那时高温致密的物质和周围的虚空分离的状态是高度有序的低熵状态。