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摘要:本文从大爆炸宇宙学说产生、发展及其广泛而深刺的影响切入,对大爆炸宇宙学说进行了梳理,从而使人们认识到大爆炸宇宙学说已被科学界所承认,大爆炸宇宙学说已经成为宇宙演化学说中的标准模型。
关键词:大爆炸;宇宙膨胀;核聚变;宇宙模型
大爆炸宇宙学说是20世纪40年代由美国物理学家乔治,伽莫夫等人提出来的。大爆宇宙学说认为宇宙间所有的物质和能量原先曾经集中在一个时空点内,在100亿-200亿年前的某一时刻,原始火球由于某种原因而爆炸,碎片向四面散开,我们的宇宙就诞生了,并且一直膨胀到目前的状态。但是,由于大爆炸学学说并没有解决全部问题,例如它解释不了宇宙结构的不均匀性,有些人就认为大爆炸宇宙学说是伪科学,就显得有些过于武断和盲从。纵观人类探索宇宙发展的历史,可以看出:大爆炸宇宙学说是建立在严密的物理学理论基础上的,其中不仅有爱因斯坦的相对论的理论支持,又有哈勃天文观测星系离我们而去的天文证据支持的完美的宇宙模型体系。因而,笔者倾向于大爆炸宇宙学说是科学理论的观点。
一、大爆炸宇宙学说与“有生于无”的宇宙创生观相呼应
“有生于无”的宇宙创生观来自于老子,老子哲学的最高范畴一道,是集本原与规律于一体。老子的“道”是物质,“有”与“无”是物质的两种状态。“无”是一种潜在的客观实在,是物质的潜在状态,就是现代物理学的“真空”概念。“有”是一种可以直接观测(或测量)的物理实在。“无”在一定条件下可以转化为“有”,“有”是“无”的展开,“无”是“有”的潜存。老子的“道”又是规律。“道”在自身的作用下必然产生“道生一、一生二、二生三、三生万物。”可见,老子“有生于无”的宇宙创生是自足的创生观,其中“无”不是虚无,而是无名无形无象的客观实在。老子“有生于无”给出的只是物质从一种潜在状态到显在状态的突变,是物质形态的创生。就目前来说,普朗克时代是我们宇宙的“最早”物理状态,从普朗克时代向爆炸宇宙的突变就是我们宇宙的创生。
二、相对论奠定了大爆炸宇宙学说的基础
20世纪初期以后,物理学发展很快,物理学里有一个很重要的规律,就是物质结构和次序都是从简单到复杂,而最简单的就是一个很小的单元。所以就有人想到宇宙最初可能是从一个原始的原子诞生的,然后这个原子不断演变,最后演变成现在的宇宙。但是真正想到大爆炸理论的,还得从物理学的老祖宗开始,也就是21世纪最伟大的物理学家爱因斯坦。爱因斯坦创立了广义的相对论,广义相对论最主要的一个用途就是用来描述宇宙的。因此广义相对论产生以后,就有了一个理论基础来描述我们的宇宙,但是仅有这么一个理论还不行,还需要天文学家的实践。天文学家里有一位非常有名的人叫哈勃,他通过观测证明了宇宙在不断地膨胀。
有了广义相对论,有了证明我们的宇宙在不断地膨胀的观测事实,于是伽莫夫等几位物理学家首先提出了大爆炸的思想,伽莫夫提到,如果按照广义相对论的理论再加上一些原子的翻涌过程,就有可能推算出我们宇宙的演化历史。后来其他的一些人又做了很多的修正和补充,使得这个理论越来越完善。大爆炸宇宙学说的可信之处在于,如果这个理论成立,那么投这个宇宙就会一边膨胀,一边降低温度。在这种理论核心的启发下,一些天文学家做了测量,测量的结果的的确确存在着。
三、氦的丰度是大爆炸宇宙学说重要的观测依据
大爆炸宇宙理论除了得到哈勃定律的支持以外,它还能对天体的年龄与氦的丰度提出一种解释。大爆炸会迫使很多氢聚变成氦,然后在产生恒星的时候,就不单是纯粹由氢来造了,而是由氢和氦一起来创造恒星,所以在产生恒星的时候,氦元素的含量已经很高了,因此我们在测出来的结果才说明了为什么宇宙中氦元素的含量这么高。哈勃定律的提出,是对宇宙爆炸学说的巨大鼓舞,爱丁顿立即把勒梅特的宇宙膨胀的概念同哈勃定律结合起来。1932年勒梅特又进一步提出原始原子爆炸起源的理论。他认为放射性是物质的一种普遍属性,化学元素要么是放射性元素,要么就是放射性变化的产物。铀的平均寿命是40亿年,而铀本身很可能就是某个原始原子蜕变的产物,当然这个原始原子早已蜕变光了。所以勒梅特说:天体演化的最简单的出发点不再是或多或少均匀的星运了,而应该是一个单独的原子。原始原子,也有人称为宇宙蛋,由于剧烈的放射性衰变而发生的爆炸,就是宇宙膨胀的原因。起初整个宇宙中的物质都包含在这个宇宙蛋中,它的膨胀经过三个阶段。先是在原子蜕变的时刻发生爆炸,原子碎片迅速散开,形成一种气体云,这是快速膨胀过程。再者是由于密度很大,引力超过斥力,碎片散开的速度减慢,气体云由于碰撞而形成星运这是减速膨胀过程。最后是斥力超过了引力,星运形成星团,这又是快速膨胀过程。勒梅特用康德的口吻说:“给我一个原子我将用它建造一个宇宙”。
四、所有的天体都有其诞生和发展变化直至衰亡的历史
按天体物理学家的论断,宇宙空问也是在一次灾变中降生的,在一次绝无仅有的大爆炸中“诞生”的。在大爆炸时刻,宇宙的体积是零,所以其温度是无限热的。大爆炸开始后,随着宇宙的膨胀,辐射的温度随之降低,大爆炸一秒钟之后,温度降低了100亿度,这个温度是太阳中心的i千倍。此时的宇宙中主要包含光子电子中微子和它们的反粒子(光子的反粒子就是它本身)。以及少量的质子和中子。此时粒子的能量极高,它们相互碰撞并产生大量不同种类的正反粒子对。顺便一提的是,中微子和反中微子之间以及它们和其它粒子之间的相互作用非常弱,所以它们并没有相互湮灭掉,以至于直到今天它们仍然存在。
另外,由于星系的星运仍有不均匀性,它们被分割为更小的星运并进一步收缩形成恒星。恒星由于引力坍缩产生的高温引起核聚变,聚变产生的能量又抵抗了继续收缩的趋势,恒星进入稳定地燃烧。质量越大的恒星燃烧的越快,因为它需要释放更多的能量才能平衡自身更强的引力。它们甚至会在1亿年这样短的时间里耗尽自己的燃料。
五、结束语
大爆炸宇宙学说最出色的一个思想,是把化学元素的形成和演化与宇宙的动力学联系起来,力图把宇宙间各种形态的物质的形成和发展统一在宇宙膨胀的总背景之中。目前,大爆炸宇宙学说几经成为宇宙演化学说的标准模型。大爆炸宇宙学说无论是从理论上还是从观测上已经被大部分人接受了,然而,大爆炸宇宙学说并没有终结人们对宇宙的认识,相反,提出了更多的问题有待于人们去进一步探索。
关键词:大爆炸;宇宙膨胀;核聚变;宇宙模型
大爆炸宇宙学说是20世纪40年代由美国物理学家乔治,伽莫夫等人提出来的。大爆宇宙学说认为宇宙间所有的物质和能量原先曾经集中在一个时空点内,在100亿-200亿年前的某一时刻,原始火球由于某种原因而爆炸,碎片向四面散开,我们的宇宙就诞生了,并且一直膨胀到目前的状态。但是,由于大爆炸学学说并没有解决全部问题,例如它解释不了宇宙结构的不均匀性,有些人就认为大爆炸宇宙学说是伪科学,就显得有些过于武断和盲从。纵观人类探索宇宙发展的历史,可以看出:大爆炸宇宙学说是建立在严密的物理学理论基础上的,其中不仅有爱因斯坦的相对论的理论支持,又有哈勃天文观测星系离我们而去的天文证据支持的完美的宇宙模型体系。因而,笔者倾向于大爆炸宇宙学说是科学理论的观点。
一、大爆炸宇宙学说与“有生于无”的宇宙创生观相呼应
“有生于无”的宇宙创生观来自于老子,老子哲学的最高范畴一道,是集本原与规律于一体。老子的“道”是物质,“有”与“无”是物质的两种状态。“无”是一种潜在的客观实在,是物质的潜在状态,就是现代物理学的“真空”概念。“有”是一种可以直接观测(或测量)的物理实在。“无”在一定条件下可以转化为“有”,“有”是“无”的展开,“无”是“有”的潜存。老子的“道”又是规律。“道”在自身的作用下必然产生“道生一、一生二、二生三、三生万物。”可见,老子“有生于无”的宇宙创生是自足的创生观,其中“无”不是虚无,而是无名无形无象的客观实在。老子“有生于无”给出的只是物质从一种潜在状态到显在状态的突变,是物质形态的创生。就目前来说,普朗克时代是我们宇宙的“最早”物理状态,从普朗克时代向爆炸宇宙的突变就是我们宇宙的创生。
二、相对论奠定了大爆炸宇宙学说的基础
20世纪初期以后,物理学发展很快,物理学里有一个很重要的规律,就是物质结构和次序都是从简单到复杂,而最简单的就是一个很小的单元。所以就有人想到宇宙最初可能是从一个原始的原子诞生的,然后这个原子不断演变,最后演变成现在的宇宙。但是真正想到大爆炸理论的,还得从物理学的老祖宗开始,也就是21世纪最伟大的物理学家爱因斯坦。爱因斯坦创立了广义的相对论,广义相对论最主要的一个用途就是用来描述宇宙的。因此广义相对论产生以后,就有了一个理论基础来描述我们的宇宙,但是仅有这么一个理论还不行,还需要天文学家的实践。天文学家里有一位非常有名的人叫哈勃,他通过观测证明了宇宙在不断地膨胀。
有了广义相对论,有了证明我们的宇宙在不断地膨胀的观测事实,于是伽莫夫等几位物理学家首先提出了大爆炸的思想,伽莫夫提到,如果按照广义相对论的理论再加上一些原子的翻涌过程,就有可能推算出我们宇宙的演化历史。后来其他的一些人又做了很多的修正和补充,使得这个理论越来越完善。大爆炸宇宙学说的可信之处在于,如果这个理论成立,那么投这个宇宙就会一边膨胀,一边降低温度。在这种理论核心的启发下,一些天文学家做了测量,测量的结果的的确确存在着。
三、氦的丰度是大爆炸宇宙学说重要的观测依据
大爆炸宇宙理论除了得到哈勃定律的支持以外,它还能对天体的年龄与氦的丰度提出一种解释。大爆炸会迫使很多氢聚变成氦,然后在产生恒星的时候,就不单是纯粹由氢来造了,而是由氢和氦一起来创造恒星,所以在产生恒星的时候,氦元素的含量已经很高了,因此我们在测出来的结果才说明了为什么宇宙中氦元素的含量这么高。哈勃定律的提出,是对宇宙爆炸学说的巨大鼓舞,爱丁顿立即把勒梅特的宇宙膨胀的概念同哈勃定律结合起来。1932年勒梅特又进一步提出原始原子爆炸起源的理论。他认为放射性是物质的一种普遍属性,化学元素要么是放射性元素,要么就是放射性变化的产物。铀的平均寿命是40亿年,而铀本身很可能就是某个原始原子蜕变的产物,当然这个原始原子早已蜕变光了。所以勒梅特说:天体演化的最简单的出发点不再是或多或少均匀的星运了,而应该是一个单独的原子。原始原子,也有人称为宇宙蛋,由于剧烈的放射性衰变而发生的爆炸,就是宇宙膨胀的原因。起初整个宇宙中的物质都包含在这个宇宙蛋中,它的膨胀经过三个阶段。先是在原子蜕变的时刻发生爆炸,原子碎片迅速散开,形成一种气体云,这是快速膨胀过程。再者是由于密度很大,引力超过斥力,碎片散开的速度减慢,气体云由于碰撞而形成星运这是减速膨胀过程。最后是斥力超过了引力,星运形成星团,这又是快速膨胀过程。勒梅特用康德的口吻说:“给我一个原子我将用它建造一个宇宙”。
四、所有的天体都有其诞生和发展变化直至衰亡的历史
按天体物理学家的论断,宇宙空问也是在一次灾变中降生的,在一次绝无仅有的大爆炸中“诞生”的。在大爆炸时刻,宇宙的体积是零,所以其温度是无限热的。大爆炸开始后,随着宇宙的膨胀,辐射的温度随之降低,大爆炸一秒钟之后,温度降低了100亿度,这个温度是太阳中心的i千倍。此时的宇宙中主要包含光子电子中微子和它们的反粒子(光子的反粒子就是它本身)。以及少量的质子和中子。此时粒子的能量极高,它们相互碰撞并产生大量不同种类的正反粒子对。顺便一提的是,中微子和反中微子之间以及它们和其它粒子之间的相互作用非常弱,所以它们并没有相互湮灭掉,以至于直到今天它们仍然存在。
另外,由于星系的星运仍有不均匀性,它们被分割为更小的星运并进一步收缩形成恒星。恒星由于引力坍缩产生的高温引起核聚变,聚变产生的能量又抵抗了继续收缩的趋势,恒星进入稳定地燃烧。质量越大的恒星燃烧的越快,因为它需要释放更多的能量才能平衡自身更强的引力。它们甚至会在1亿年这样短的时间里耗尽自己的燃料。
五、结束语
大爆炸宇宙学说最出色的一个思想,是把化学元素的形成和演化与宇宙的动力学联系起来,力图把宇宙间各种形态的物质的形成和发展统一在宇宙膨胀的总背景之中。目前,大爆炸宇宙学说几经成为宇宙演化学说的标准模型。大爆炸宇宙学说无论是从理论上还是从观测上已经被大部分人接受了,然而,大爆炸宇宙学说并没有终结人们对宇宙的认识,相反,提出了更多的问题有待于人们去进一步探索。