大霹雳模型
(图)大霹雳幽默的“宇宙之始”代号——α,β,γ
1948年美国物理学家伽莫夫(George Gamow, 1904~1968)、阿尔法、贝特等人发挥了勒梅特的思想,把宇宙的膨胀于物质的演化联系起来,提出了“大霹雳宇宙模型”。因为它能较多他说明现时所观测到的事实,所以成为目前影响最大的宇宙学说。由于伽莫夫、阿尔法、贝特三人的姓恰好是希腊字母的 ,因而被后人幽默的代表宇宙之始。
大霹雳模型图1宇宙大霹雳的描述
1、 大霹雳——∞K——量子涨落
2、 普朗克时间——10^32 K——GUT大统一/第一次对称破缺
3、 10^-35秒——10^28 K——暴胀、弱电统一、夸克-反夸克主导时期
4、 10^-10秒——10^15 K——轻子形成
5、 0.01秒——10^11K——重子形成
6、 0.1秒——3×10^10K——中子衰变
7、 1秒——10^10K——质子/中子被强核力束缚形成氘核
8、 13.8秒——3×10^9K——氢核聚变成其它重原子核
9、 3分锺——10^9K——物质和辐射耦合在一起
10、300000年——3000K——电子和核束缚在一起,物质和辐射去耦
11、10亿年——3000K——恆星形成
12、100亿年——10K——原子连结形成有机分子
大霹雳模型图2 大霹雳模型图3 大霹雳模型图4 大霹雳模型图613、120亿年——3K——生命形成
14、120年~150亿年——2.7K——生物进化
15、10^18年——10^-7K——黑洞-霍金辐射主导时期
16、10^24年~10^32年——10^-15K——质子衰变
17、10^100年——0K——黑洞衰变/热寂
伽莫夫和他的支持者预言,大霹雳中所产生的辐射在遥远的宇宙空间裏必定仍然存在,大约相当于10K左右。后来3K宇宙背景辐射的发现给了人们很大的鼓舞,因为它使爆炸宇宙模型的这个预言成为真实。当然,大霹雳宇宙模型也同样存在着许多尚待解决的疑难,它终究还只是一种假说。
大霹雳理论的证据
(1).宇宙的年龄
如果星系目前正在彼此远离,那它们过去必定靠得更近,也就是说,较早时代的宇宙,物质密度会更高。继续这一推理就意味着过去必定存在一个时刻,那时宇宙中的物质处于极其高密的状态。按照哈勃定律将星系的距离除以各自的速度,就可估计出那一时刻距今约100—200亿年。这段时间对所有星系来说是共同的,事实上它就是哈勃常数的倒数。那一时刻通常被称为“大霹雳”时刻,也就是我们宇宙的开端。如果这一推论不错,那麽宇宙中一切天体的年龄都不应超出这个“宇宙年龄”所界定的上限。
借助卢瑟福所开创的利用物质中放射性同位素含量测定其形成年代的方法,人们测量了地球上最古老的岩石、“阿波罗11号”宇航员从月球上带回的岩石以及从行星际空间掉到地球上的陨石样本,发现它们的年龄均不超过47亿年。
恆星的年龄可以从它们的发光功率和拥有的燃料储备来估计。根据热核反应提供恆星能源的理论,人们估算出银河系中最老恆星的年龄约为100—150亿年。
用上述两种完全不同的方法得到的天体年龄竞与“宇宙年龄”协调一致,这对大霹雳宇宙模型当然是十分有力的支持。
(2).轻元素的丰度
在大霹雳后一秒锺以前,宇宙不仅不可能存在星系、恆星,地球,甚至除氢核外也没有其他化学元素,只有处于热平衡状态下的由质子、中子、电子、光子等基本粒子混合而成的“宇宙汤”。起初,中子和质子的数量几乎相等,随着温度的降低,两者的比例逐渐下降,在约3分锺时达到1:6左右。当温度降到10亿K时,中子和质子合成氘核的反应开始,类似氢弹爆炸时发生的聚变过程迅速把所有的中子合成到由两个质子和两个中子构成的氦核中。由此不难算出,氦同氢的质量比应为1:4。
天文观测表明,无论宇宙的哪个角落,无论恆星还是星际物质中,氦与氢的比例均大体与此相符。同一时期合成的氘、氚、锂、铍、硼等轻元素,尽管数量小的多,但它们的丰度(即与氢的比例)也具有类似的普适性。这对大霹雳模型无疑又是一个有力的支持。
(3).微波背景辐射
大霹雳模型的另一个重要遗迹是微波背景辐射。前面说过,大霹雳后最初几分锺,宇宙就像一个氢弹爆炸时产生的火球,处处充满了温度高达10亿k的光辐射。因为处于热平衡中,这种辐射强度随波长的分布服从普朗克分布(或称黑体谱)。随着宇宙的膨胀,辐射温度不断下降,但始终保持黑体谱形和整体均勾性。按伽莫夫等人的计算,作为这种过程的遗迹,目前的宇宙中应普遍存在温度约3k的背景黑体辐射。由于这辐射的峰值波长在1毫米附近,处于微波波段,故又称为微波背景辐射。令人遗憾的是,这一重要预言在提出后的10多年中竟未引起人们的认真关注。直到1964年,美国贝尔电话实验室的彭齐亚斯和威尔逊用一架卫星通讯天线在7.35釐米波长处探测到一种来自宇宙空间的强度与方向无关的信号时,他们起初并不清楚自己发现的意义。后来普林斯顿大学的皮伯斯等得知这一讯息,才认识到这正是他们“踏破铁鞋无觅处”的宇宙背景辐射。为了最后“验明正身”,20多年来,全世界天文学家对这种辐射的谱分布和方向进行了大规模的调查,情势逐渐明朗。1989年,美国宇航局专门为此发射了宇宙背景探测者卫星,第一批测量资料表明:在从0.5毫米到5毫米的整个波段上,该辐射的谱分布与温度为2.735±0.06k的理想黑体完全相合;在扣除运动效应以后,天空不同方向的相对误差小于十万分之一。这就无容置疑地证明了微波背景辐射的黑体性和普适性。它是热大霹雳模型最令人信服的证据,这一发现在现代宇宙学史上的地位只有宇宙膨胀的发现可以与之相比。如果说,哈勃的发现开启了宇宙整体动力学演化研究的大门,那麽彭齐亚斯和威尔逊的发现则开启了宇宙整体物理演化研究的大门。
(big-bang cosmology)现代宇宙系中最有影响的一种学说,又称大霹雳宇宙学。与其他宇宙模型相比,它能说明较多的观测事实。它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。在这个时期裏,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。根据大霹雳宇宙学的观点,大霹雳的整个过程是: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,它要麽发生衰变,要麽与质子结合成重氢、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恆星体系,成为我们今天看到的宇宙。大霹雳模型能统一地说明以下几个观测事实:(1)大霹雳理论主张所有恆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。(2)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,那麽红移就是宇宙膨胀的反映。(3)在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%。用恆星核反应机製不足以说明为什麽有如此多的氦。而根据大霹雳理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高,则可以说明这一事实。(4)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。大霹雳理论的创始人之一伽莫夫曾预言,今天的宇宙已经很冷,只有绝对温度几度。1965年,果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射,温度约为3K。最新研究成果
研究过程
中国安徽宣城溪口农民李六四自发、自费研究地震十七年(截至2010年),他认为:“地震是由地幔中核变的及时效应造成的。煤炭是石油演变产生的,石油是天然气演变产生的。溶洞是因为液体受热转化成气体,其膨胀压力造成的,地球生物是在早期地球的液态有机硅中诞生并进化而来的,宇宙大霹雳理论存在误区。”其理论学说为《地球热核演变说》。 他的学说有可能成为后人了解地球、地震等的理论基础。但是,由于条件、知识的局限某些内容尚在研究、完善中。
主要内容
宇宙中各天体在朝向宇宙中心的引力作用下,以远远超越光速的速度加速向宇宙中心进发,宇宙是收缩的,但是,由于是加速运动,对于某个天体而言,其前方的天体的速度更快,其后方的天体的速度更慢,所以如果人站在任何一个天体上观察其它天体,就会发现绝大多数天体是远离自己的运动,这就很容易产生“宇宙膨胀理论”的错误感觉,而大霹雳理论是建立在宇宙膨胀的理论基础上的,所以宇宙大霹雳理论自然也就不攻自破了。
宇宙的未来
暗能量被观测之前,宇宙论研究人员在宇宙的未来,有两个剧本。宇宙的能量密度大于临界密度时,宇宙是最大的,此后开始收缩。它是伴随着宇宙再次成为高密度、高温,宇宙开始的时候一样状态中结束。又或者,宇宙的密度等于临界密度更小。那时,膨胀减速的东西将永不停止。宇宙的密度下降随着星形成。宇宙的平均温度在绝对零度下逐渐靠近,同时,质量巨大的黑洞也比蒸发。这是热死或低温死而闻名的剧本。另外,发生崩溃的话,现在的宇宙的重子物质的大佔多数的氢气将会崩溃。这样最终只剩下放射性。
目前的加速膨胀的观测结果中,现在看到的宇宙随着时间我们的地平线上越来越远超过去,我们关系会被暗示。最终结果会怎麽样,不知道。Λ- CDM宇宙模型是宇宙常数的形式暗能量。这个理论是银河等重力的束缚的关系被只被保留,宇宙膨胀根据冷低温死还是暗示走去。幽灵能源论被称为不同的暗能量的解释是,暗能量的密度随着时间的增加,这被称为大唇永远加速膨胀而银河团和星系本身也会被拆散。















