Question

宇宙大爆炸的奥秘

大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的，现在只能从理论研究的基础上描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质，形成了当今的宇宙形态，人类就是在这一宇宙演变中诞生的

Answer 1

宇宙大爆炸的奥秘？

Answer 2

宇宙大爆炸(Big Bang)仅仅是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。

大约在50亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的，现在只能从理论研究的基础上描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质，形成了当今的宇宙形态，人类就是在这一宇宙演变中诞生的。

人们是怎样能推测出曾经可能有过宇宙大爆炸呢？这就要依赖天文学的观测和研究。我们的太阳只是银河系中的一两千亿个恒星中的一个。像我们银河系同类的恒星系 —— 河外星系还有千千万万。从观测中发现了那些遥远的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，飞奔的速度越快，因而形成了膨胀的宇宙。

对此，人们开始反思，如果把这些向四面八方远离中的星系运动倒过来看，它们可能当初是从同一源头发射出去的，是不是在宇宙之初发生过一次难以想像的宇宙大爆炸呢？后来又观测到了充满宇宙的微波背景辐射，就是说大约在150亿年前宇宙大爆炸所产生的余波虽然是微弱的但确实存在。这一发现对宇宙大爆炸是个有力的支持。

宇宙大爆炸的观点:

1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中，提出了热大爆炸宇宙学模型：宇宙开始于高温、高密度的原始物质，最初的温度超过几十亿度，随着温度的继续下降，宇宙开始膨胀。

1965年，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射，后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹，从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们也因此获1978年诺贝尔物理学奖。

20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。他对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释.

宇宙的起源：最初是比原子还要小的奇点，然后是大爆炸，通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此，大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。然而，至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持，而且我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。

宇宙大爆炸理论:大爆炸理论

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20世纪20年代，在40年代得到补充和发展，但一直寂寂无闻。直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论。

大爆炸理论的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。

大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：

a）理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。

b）观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。

c）在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。

d）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。

按照大爆炸理论，宇宙是150亿年前从一个极小的点诞生的，从那里诞生了时间和空间、质量和能量，从而由物质小微粒聚集成大团的物质，最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前，宇宙中没有物质，没有能量，甚至没有生命。

但是，大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样，或者说发生这次大爆炸的原因是什么？按照大爆炸理论，宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程，从大爆炸到黑洞的周而复始，便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。

这只是一个设想，并不是一个完美的理论。

大爆炸理论虽然并不成熟，但是仍然是主流的宇宙形成理论的关键就在于目前有一些证据支持大爆炸理论，比较传统的证据如下所示：

a）红位移

从地球的任何方向看去，遥远的星系都在离开我们而去，故可以推出宇宙在膨胀，且离我们越远的星系，远离的速度越快。

b）哈勃定律

哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。

V＝H×D

其中，V（Km/sec）是远离速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常数，为50；D（Mpc）是星系距离。1Mpc＝3.26百万光年。

c）氢与氦的丰存度

由模型预测出氢占25％，氦占75％，已经由试验证实。

d）微量元素的丰存度

对这些微量元素，在模型中所推测的丰存度与实测的相同。

e）3K的宇宙背景辐射

根据大爆炸学说，宇宙因膨胀而冷却，现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬，1965年，3K的背景辐射被测得。

f）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现在星系和星团的产生。

g）宇宙大爆炸理论的新证据

在2000年12月份的英国《自然》杂志上，科学家们称他们又发现了新的证据，可以用来证实宇宙大爆炸理论。

长期以来，一直有一种理论认为宇宙最初是一个质量极大，体积极小，温度极高的点，然后这个点发生了爆炸，随着体积的膨胀，温度不断降低。至今，宇宙中还有大爆炸初期残留的称为“宇宙背景辐射”的宇宙射线。

科学家们在分析了宇宙中一个遥远的气体云在数十亿年前从一个类星体中吸收的光线后发现，其温度确实比现在的宇宙温度要高。他们发现，背景温度约为-263. 89摄氏度，比现在测量的-273.33的宇宙温度要高。

虽然已有上述证据存在，但是宇宙是否起源于大爆炸学说，仍然缺乏足够多的令人信服的证据。

宇宙大爆炸理论是现代宇宙学的一个主要流派，它能较满意地解释宇宙学的一些根本问题。宇宙大爆炸理论虽然在20世纪40年代才提出，但20年代以来就有了萌芽。20年代时，若干天文学者均观测到，许多河外星系的光谱线与地球上同种元素的谱线相比，都有波长变化，即红移现象。

到了1929年，美国天文学家哈勃总结出星系谱线红移星与星系同地球之间的距离成正比的规律。他在理论中指出：如果认为谱线红移是多普勒效果的结果，则意味着河外星系都在离开我们向远方退行，而且距离越远的星系远离我们的速度越快。这正是一幅宇宙膨胀的图像。

40年代美国天体物理学家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理论。该理论认为，宇宙在遥远的过去曾处于一种极度高温和极大密度的状态，这种状态被形象地称为“原始火球”。以后，火球爆炸，宇宙就开始膨胀，物质密度逐渐变稀，温度也逐渐降低，直到今天的状态。这个理论能自然地说明河外天体的谱线红移现象，也能圆满地解释许多天体物理学问题。1964年美国人彭齐亚斯和威尔逊又发现了宇宙大爆炸理论的新的有力证据。

该理论作为一门发展中的理论，虽然得到了绝大多数科学家的认同，但仍有一些解释不了的问题，需要进一步完善其理论体系。

Answer 3

有史以来最雄心勃勃的探测器ＭＡＰ试图精确揭示宇宙演化中最深邃的奥秘
美国东部时间６月３０日下午，在卡那维那尔角火箭发射场，德尔塔二型火箭成功地发射了微波各向异性探测器。美国宇航局的科学家称，这个耗资１·４５亿美元的探测器，将试图精确揭示有关宇宙演化过程中蕴藏的某些惊人的秘密。

微波各向异性探测器（英文简称ＭＡＰ，意思恰好是“绘图”）将在８月初飞过月球，９月飞到工作地点，开始执行为期两年的考察任务，探测宇宙大爆炸遗留下来的痕迹--分布在整个天空的宇宙微波背景辐射。它的观测位置是精心选择的，靠近第二个拉格朗日点，大约在太阳-地球连线上地球外侧约１５０万公里处，这样可以确保ＭＡＰ上的望远镜在任何时候都能挥洒自如地观测太空深处的情况。

宇宙大爆炸理论是俄裔美国科学家伽莫夫在１９４８年提出来的。该理论认为，宇宙开始是个高温致密的火球，它不断地向各个方向迅速膨胀。当温度和密度降低到一定程度，宇宙发生剧烈的核聚变反应。随着温度和密度的降低，宇宙早期存在的微小涨落在引力作用下不断增大，最后逐渐形成今天宇宙中的各种天体。

当时，一些科学家反对这一理论，并讥笑说，“如果宇宙起始于某次大爆炸，这种爆炸理应留下某种遗迹，那就请把它找出来吧！”与他们的愿望相反，大爆炸的遗迹在１９６４年果真被找到了：这就是宇宙微波背景辐射。宇宙大爆炸模型，也与ＤＮＡ双螺旋模型、地球板块模型、夸克模型一起，被认为是２０世纪科学中最重要的四个模型。

宇宙微波背景辐射是宇宙中最古老的光。按照宇宙大爆炸理论，约１４０亿年前（关于宇宙年龄，还有不同的说法），宇宙形成之初，致密物质像笼子一样禁锢了所有辐射，大爆炸后３０万年，随着这些物质密度的下降，微波背景辐射才得以挣脱束缚。就像恐龙化石能让我们认识若干万年前的恐龙一样，这种“化石”光可以不受阻挡地穿越茫茫宇宙，让我们了解宇宙“婴儿时期”的各种信息。

科学家说，对宇宙微波背景辐射的深入了解，一些困扰人类多年的问题可望得到回答：大爆炸后的第一瞬间发生了什么？宇宙是如何演变成今天我们所见到的具有复杂的星系结构？宇宙的年龄究竟是多少？宇宙的膨胀速度到底有多快？等等。

发射捕捉“化石”光的探测器，对美国宇航局来说已经不是第一次了。１９８９年，美国宇航局发射了历时１５年研制成功的宇宙背景辐射探测卫星（简称ＣＯＢＥ）。１９９２年，ＣＯＢＥ获得一个上了世界各大新闻媒体头条的惊人发现：背景辐射虽然几乎是均匀分布的，但在天空中上万个点中，却有一部分的温度不一样，扣除地球运动的影响后，有的地方是２·７２５１Ｋ（Ｋ为绝对温度），有的地方却是２·７２４９Ｋ。这种微小的热变化，或者叫各向异性，表明从一开始宇宙就有热点和冷点，也就是说，早期宇宙物质密度存在差别。

ＣＯＢＥ描绘出的只是一张草图。因此，美国宇航局在１９９６年开始研制ＭＡＰ。与ＣＯＢＥ相比，ＭＡＰ有着十分显著的优点：ＣＯＢＥ的飞行高度比普通通讯卫星还低，而ＭＡＰ高高在上的飞行轨道则使它免受月球、地球、太阳的干扰；ＣＯＢＥ把天空分成６０００块像４００个月球一样大的区域进行搜索，而ＭＡＰ将观测３００万多块只有月球１／４大的区域---有科学家因此戏称，如果说ＣＯＢＥ能看见上帝，ＭＡＰ就能看见上帝的指纹；ＣＯＢＥ测量不同区域温度差的精度大概不到五万分之一度，而ＭＡＰ的精度可达到百万分之一度；等等。

“微波背景辐射的各向异性图谱，就像宇宙初生时的一幅快照，这不能不说是宇宙留给我们的一份珍贵遗产，”中科院研究生院研究员章德海说，“微波背景辐射的奇妙之处在于，它居然把我们对宇宙的一种可供检验的认识，推进到了如此遥远和深邃、令人难以置信的程度。”

Answer 4

从宇宙的膨胀可以得出一个结论，即宇宙起源于一次时间、空间、物质和能量的大爆炸。宇宙膨胀的方式有两种不同的可能性：一种是一切物质从一个公共的起点出发向外运动，即发生了大爆炸；另一种则是在空间膨胀过程中不断有新物质在星系空间产生。后一种即稳恒态理论所持的观点。

假如大爆炸的确发生过，那么我们应该能够找到一些与之有关的证据。大爆炸宇宙学认为，随原始火球的膨胀和冷却，其余辉会充满整个宇宙，并以绝对温度3K的微小辐射形式表现出来。在3K的温度下，所有分子都将停止运动。这一微波背景辐射证据在一九六五年已被找到。该学说的另一个预言是：在质子、中子和电子从原始火球中凝聚出来时，每产生三个氢原子，就必然同时产生一个氦原子。近来对宇宙中元素相对丰度的测量显示宇宙中氢原子和氦原子的比较确实是三比一。宇宙大爆炸学说的其他一些观点在最近也都先后得到了证实。

然而问题并没有最终解决，无论根据今天的哪一种学说，都要求物质从一无所有之中产生，这真是太不可想象了。迄今为止这仍然是一个使天体物理学家深感困惑的问题。

Answer 5

就是150亿年打架了。