宇宙大爆炸——一個無比光輝的時刻

2020-12-15 維普知識

1、宇宙大爆炸理論的由來

1927年,宇宙學家勒梅特提出了宇宙大爆炸理論:宇宙開始於一個小小的原始「超原子」的災變性的爆炸。1929年,天文學家哈勃提出哈勃定律,並推導出宇宙是在不斷膨脹的。1946年,物理學家伽莫夫提出過一個宇宙模型,他認為宇宙起源於爆炸,而作為大爆炸的遺蹟,宇宙中可能存在著一種電磁輻射。

1964年,阿諾·彭齊阿斯發現,無論把天線指向何方,總能收到特定的噪聲。這種波長為7.35釐米的微波來自於宇宙空間,是宇宙空間存在的輻射背景。宇宙背景輻射為宇宙大爆炸理論提供了有力的證據,該發現成為60年代世界天文學的「四大發現」之一。阿諾·彭齊阿斯因此而榮獲了諾貝爾物理學獎。

宇宙大爆炸理論的另一個支持是人們發現我們的系外星系正在離我們而去。根據「都卜勒頻移」原理,如果我們觀察移動中光源的話,當光源向我們靠近時會看到它有點發藍,而當光源遠離我們時則會發紅。科學家們發現外空間也發生中同樣的情況,所有外星系都在發紅,它們正在離我們而去。宇宙膨脹會發生電磁波紅移,膨脹越大紅移距離越大。科學家推測138.2億年前,一個密度極大溫度極高的奇點發生了爆炸產生了現在的宇宙。

目前宇宙大爆炸理論是最具有影響力的宇宙起源學說!

2、宇宙大爆炸之前發生了什麼?

有科學家認為,宇宙在大爆炸之前就存在了。大爆炸之前的宇宙在不斷收縮,直到某種原因導致了它發生了「反彈」,從收縮狀態進入到了膨脹狀態。

一些觀點認為,我們現在的宇宙在膨脹到一定程度後會開始收縮,再次回到大爆炸前的那個緻密熾熱的奇點,然後再發生大爆炸。那麼,宇宙大爆炸之前的宇宙是我們現在這個宇宙的前身。

也有科學家認為宇宙可能不止一個。吹出的肥皂泡泡那樣存在很多個。他們相信在宇宙中會存在著不同宇宙相互碰撞摩擦後產生的痕跡。如果宇宙有多個,那麼在我們所處的宇宙大爆炸之前就已經有其他的宇宙存在了。

3、大爆炸發生的過程

根據宇宙大爆炸理論,宇宙大爆炸起始於奇點。奇點是時空曲率無限高、一個密度無限大、熱量無限高、體積無限小的「點」。奇點在1億億億分之一秒的時間中爆炸以比光速更快(大爆炸開始時,相對論不適用)的速度擴張產生的物質形成的。科學家推測大爆炸發生在完全的黑暗之中,因為此時光並不存在,大爆炸發生時也根本沒有所謂的聲音,因為當時根本沒有任何介質存在。要了解大爆炸我們需要一個宇宙型的觀察鏡,但因為大爆炸前空間也是不存在的,所以不存在所謂的內外面,所有的空間就只有一點,所以根本無法進行觀察!此時最基本的時間和空間的概念都不適用,只有一個緻密的極熱的能量團,然後它爆炸了!

伴隨著巨大的輻射,宇宙從比原子還小到一個橙子的大小隻用了不到萬億分之一秒,一瞬間,宇宙就這樣膨脹起來了,永恆地無時無刻不在伸展,變大,變冷,而隨著溫度降低,宇宙出現了最初的微粒子,光也第一次穿梭於廣闊的宇宙間。大爆炸後原子產生,氫、氦、鋰等元素產生,10億年後產生了宇宙第一個星系,隨著時間推移,宇宙中出現了星系,恆星,行星和其他各類星體,直到今天我們人類所見的如此廣袤無垠的宇宙!

4、宇宙大爆炸理論存在的問題

批評家們稱大爆炸理論違反了熱力學第一定律,因為物質和能量既不能創造或破壞,大爆炸理論表明宇宙是從無到有的。而大爆炸理論的支持者說,這種批評是沒有根據的。第一,宇宙大爆炸是指宇宙的演化,而不是指宇宙的創造。另外一個原因是,所以物理定律在大爆炸前都不成立,沒有理由相信熱力學第一定律會適用。另外批評人士認為,恆星和星系的形成違反了熵定律,熵定律表明,隨著時間的推移,變化系統的組織性會減弱。但如果你把早期宇宙看成是完全均勻和各向同性的,那麼現在的宇宙就顯示出服從熵定律的跡象。

5、結論

宇宙就已經有138.2億年了,而人類認識宇宙的時間和宇宙年齡相比太短,我們現在對宇宙認知非常有限。因此關於宇宙起源的各種理論存在不足之處也是難免的。在未來,我們對宇宙的認識會不斷地加深的。也許有一天我們會揭開宇宙起源之謎!

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  • 宇宙起源於宇宙大爆炸是一個偽命題
    比如,宇宙大爆炸需要的能量來自於哪裡?能夠製造那麼多能量的物質又是什麼?有來自於哪裡?這個問題可能永遠都沒有答案。所以,宇宙起源於宇宙大爆炸嗎?其實這是一個偽命題。原因就在於先有宇宙,還是先有大爆炸?如果先有宇宙,那麼,大爆炸就在宇宙之後,如果先有大爆炸,宇宙怎麼大爆炸?不是從字面上的意思理解,而是事實就是這樣。否則,宇宙就不存在,但是,宇宙包含大爆炸。所以,這是一個偽命題。宇宙之前是什麼?
  • 宇宙大爆炸之前有什麼?大爆炸之前,是另一個宇宙
    彭羅斯認為,我們目前所處的這個宇宙可能只是無休無止不斷重複出現消亡的循環宇宙中最新的一個而已。 宇宙大爆炸理論認為現存宇宙是由一個緻密熾熱的奇點於137億年前一次大爆炸後膨脹形成的。 那宇宙之前是什麼呢?
  • 宇宙大爆炸之前是一個黑洞嗎?
    而黑洞的中心也有一個類似奇點的存在,與宇宙起源「奇點」相比較,它們看上去都具有體積無限小、密度無限大、引力無限強、溫度異常高的特點,那麼能否從此推斷出宇宙大爆炸前也是一個黑洞?或者說現在的黑洞也可能會像宇宙起源那樣發生爆炸呢?我們先來看一下宇宙起源的那場大爆炸。
  • 簡單通俗解釋:大爆炸及宇宙的誕生
    首先需要解釋的是,我們許多人聽到「大爆炸」的名字,然後想到的是爆炸的東西,例如炸彈爆炸之類。但是,這裡所說的「大爆炸」並不是我們通常想像與所說的摧毀東西的爆炸。許多人一定仍然不解,既然此「爆炸」非彼爆炸,何必要用「爆炸」二字來形容宇宙的誕生呢?這是一個有趣的問題。所以,我們還得從我們通常所想像的爆炸的概念開始說起。
  • 宇宙大爆炸是什麼?宇宙大爆炸是怎麼發現的?
    科學家加莫夫於20世紀中葉提出了宇宙大爆炸的學說,他為什麼會如此奇思異想呢?突然有一天原始火球發生了大爆炸,一個新的宇宙就從這一刻起開始孕育,這個時候的宇宙中還沒有太陽,地球和月亮,這些天體只有高能量的粒子,但宇宙這種狀態存在的時間連一秒都不到,爆炸之後的宇宙其溫度開始驟然下降,當溫度下降了大約100億攝氏度時,宇宙演化就進入了另一個的階段。
  • 宇宙誕生的「大爆炸」可能是一個超級黑洞
    當前科學家對宇宙的普遍看法是,宇宙產生於一次「大爆炸」,起始於138.2億年前的一個「奇點」。這個「奇點」的爆炸就是宇宙(我們這個宇宙)的時間和空間的起點。太陽系形成於46億年前,地球大約45億年,人類大約誕生於200萬年前。
  • 「大爆炸之前」的宇宙什麼樣?
    這個理論認為,我們今天所觀察到並存在於其中的宇宙,是從更熱、更緻密且更均勻的過去演化而來的。在最初提出時,大爆炸假說是作為一種嚴肅的替代理論,對宇宙膨脹的一些主流解釋加以補充;但在20世紀60年代中期,隨著「原始火球」殘餘——如今所知的宇宙微波背景——的發現,該假說基本被證實了。在大爆炸的極早期,一切宇宙物質都壓縮在一個熱而緻密的「原始火球」中。
  • 宇宙大爆炸之前有什麼?什麼引發了宇宙大爆炸?
    現在,讓我們回到140億年前的宇宙之初。圖解:宇宙大爆炸並不像點燃的煙花或者是金屬碎片的爆炸,而是空間本身的快速膨脹。 回顧宇宙之初宇宙大爆炸事實上不是一個爆炸。NASA/WMAP科學團隊如果是大爆炸形成了宇宙微波背景,又是什麼引起了宇宙大爆炸呢?那麼,時間之前的時間呢?你的想法指明了物理學中很重要的一個思想——因果關係。
  • 宇宙大爆炸真的存在嗎?
    過去我在瀏覽文章的時候,發現很多讀者會評論稱「宇宙大爆炸」是一個謊言,但又看不見他們對應的證據,這讓我很奇怪。我想科學之所以科學,除了理論邏輯上的推測,更多的還需要實驗觀測證據的支持,而非泛泛而談,甚至是沒有邏輯的胡說。
  • 宇宙大爆炸——宇宙的前世今生
    宇宙的演化的不同時期關於宇宙的起源和演化主要有兩種理論模型:大爆炸宇宙模型和穩恆態宇宙模型。穩恆態宇宙模型該模型特意地迴避了宇宙大爆炸,認為宇宙是無限的,沒有開端,也沒有終結,總是保持同樣的狀態。但是我們在觀測中發現,宇宙是在不斷膨脹的,這就和穩恆態宇宙模型產生衝突了。還有關於新物質的產生,穩恆態宇宙模型認為是從虛無中產生,不是按照愛因斯理的物質和能量轉換的關系所產生的。還有這個模型和我們日常的觀測事實也不符合,例如宇宙背景輻射,各種射電源的強弱、遠近等。
  • 宇宙大爆炸之前,是另一個宇宙,這是M理論的終極魅力
    除了我們的宇宙所在的這張膜外,在M理論計算的第十個空間維度上,同時會存在著許多與這張膜平行的膜。也就是說,我們的宇宙只是膜的多重宇宙中的一員。 這聽起來像天方夜譚一樣,如何能證明呢?之前有一篇專門介紹了幾種驗證弦理論的方法,其中有一個方法就是是通過驗證額外維度的存在,以證明弦理論,這裡具體就不說了,感興趣的小夥伴可以找一下之前的文章。
  • 我們能準確計算出宇宙大爆炸發生的地點嗎?
    不過我認為一位宇宙學家不會贊同將宇宙誕生最初的一瞬間描述為「爆炸」。我們已經聽過很多種說法,比如,大爆炸是一個時間的瞬間,而不是空間中的一個位置,或者是一些這樣的詞彙組合,它們試圖將我們對這一最初時刻的想像做一個了結。就我個人而言,我認為大爆炸是一個在(彎曲的)時空中進行的過程,而不是在一個離散的、一次性的時間中的事件。但那是我的想法;至少這個領域中對這個想法沒有太多熱情。
  • 是什麼引發了宇宙大爆炸?
    這是我最常聽到的兩個問題中的一個,這兩個問題都是很好的問題!簡單的來說就是,我們不知道大爆炸的起源是什麼,這是一個大秘密。大爆炸是關於宇宙歷史的一個觀點,是關於空間、時間、物質和能量的歷史。數十億年後,恆星內部的原子形成了地球(和我們人類),我們身體裡的每一個原子都比在這138億年中的某一個時間點形成的氫原子更複雜。在恆星和星系形成的這個時間段內,宇宙也在持續膨脹。事實上,觀測結果表明宇宙的膨脹速度是越來越快了。大爆炸理論與目前所有的觀測結果均一致。所以科學家們相信,大爆炸理論可以很好的描述宇宙歷史。然而,大爆炸理論也不是完美的。
  • 科普文章:宇宙大爆炸理論的對與錯
    在說說宇宙黑洞學說:現在的人們認為,宇宙竟然是一個大黑洞。雖然這個理論難以想像,但卻是目前最科學最合理的解釋了,因為現有的天文觀測和宇宙理論都在指向一個結論,即宇宙是一個大黑洞。說到宇宙的起源,最早提出宇宙起源問題是在二十世紀,那個時候科學家已經利用大爆炸模型成功地解決了這個問題,科學家普遍解釋為,宇宙最初是一個奇點,這個奇點的溫度和密度都是無限大的。時間的推移,宇宙變得越來越熱,也越來越緊密,當達到一定的程度就會發生大爆炸。
  • 為何民科總否定「宇宙大爆炸」理論?宇宙真的一個點炸出來的!
    很多人覺得,現代科學理論裡最荒誕的理論就是「宇宙大爆炸」理論!我們的宇宙不可能是來自於138億多年前的一場大爆炸。科學家告訴大家,這個理論並不是真理,但是所有的科學理論都只是相對的真理。其實大爆炸理論如今已經被科學界普遍接受,當然,反對這個理論的人不也少,但是基本上越是民科,就越容易反對這個理論。反對這個理論的人往往很單純,他們想當然地認為,這個如此無垠廣闊的宇宙空間,怎麼可能僅僅來自一個密度無限大的奇點呢?這在情感上簡直難以接受。
  • 宇宙大爆炸理論是對哲學的重大突破
    宇宙大爆炸理論,最初是從廣義相對論裡面推導出來的一個結果。在1917年之前,在全世界的主流思想界,基本上一致的認為,宇宙是一個靜態的存在。特別是哲學界,哲學家們早就給出了一個結論,即宇宙已經存在了無限之久遠,以前是那樣的,現在也是那樣的,在之後無限的未來依然會那樣。
  • 對宇宙起源的探索:大爆炸理論、神造說
    1.3 宇宙大爆炸理論除了認為宇宙恆定理論之外,也有宇宙在變化的理論假說。其中宇宙大爆炸理論是最為人所知的,而且幾乎成為人類的常識。「大爆炸宇宙論」(The Big Bang Theory)認為:宇宙是由一個緻密熾熱的奇點於137億年前一次大爆炸後膨脹形成的。
  • 我們知道宇宙起源於一場大爆炸,那麼宇宙大爆炸到底產生了什麼
    宇宙中一切的能量、物質、空間以及時間都從大爆炸開始,初始宇宙由一個密度和溫度都無限高的狀態組成,這被稱為奇點。隨後開始出現宇宙暴脹現象,當暴脹結束時,構成宇宙的物質包括夸克-膠子等離子體,以及其他所有基本粒子。隨後重子數產生,夸克和膠子結合形成了諸如質子和中子的重子族。在大爆炸發生的幾分鐘後,少數質子和所有中子結合,組成氘和氦的原子核。
  • 宇宙是大爆炸形成的,那麼大爆炸之前,世界又是一番怎樣的景象?
    宇宙是大爆炸形成的,那麼大爆炸之前,世界又是一番怎樣的景象?星辰大海,無邊的宇宙一直以來就是無數科學家所探求的極致。對於宇宙,有著太多太多的未解之謎。比如宇宙的形成,宇宙的膨脹以及宇宙的終結。這3大問題一直困擾著無數科學家,他們前赴後繼,想要尋求一個完美的答案,但是縱然有著巨大的腦洞,卻依舊無法解釋一些宇宙現象!今天我們就跟著筆者一起來看看宇宙的起源吧!筆者就用自己微不足道的方式,來解析一下整個宇宙的形成過程。當然,在這之前,我們還得了解一下著名的大爆炸理論。
  • 宇宙大爆炸真的是爆炸嗎?了解宇宙大爆炸過程中的細節
    有一個雞蛋,我們可以叫它羅伯特。羅伯特是一個巨大的「雞蛋」,內部充滿了能量。但是,這顆「雞蛋」的內部發生了一些不尋常的事情,可能是內部的能量失去了平衡,之後羅伯特以一種爆炸的方式裂開。