宇宙大爆炸理论

宇宙大爆炸理论

道生一,一生二,二生三,三生万物。道者,无也。 —老子《道德经》
宇宙起源说——中国
盖天说
“盖天说”是我国古代最早的宇宙结构学说。这一学说认为,天是圆形的,像一把张开的大伞覆盖在地上;地是方形的,像一个棋盘,日月星辰则像爬虫一样过往天空,因此这一学说又被称为“天圆地方说”。
浑天说
浑天说认为,天和地的关系就像鸡蛋中蛋白和蛋黄的关系一样,地被天包在当中。浑天说中天的形状,不像盖天说所说的那样是半球形的,而是一个南北短、东西长的椭圆球。大地也是一个球,这个球浮在水上,回旋漂荡;后来又有人认为地球是浮于气上的。不管怎么说,浑天说包含着朴素的“地动说”的萌芽。
宣夜说
宣夜说是我国历史上最有卓见的宇宙无限论思想。它最早出现于战国时期,到汉代则已明确提出。“宣夜”是说天文学家们观测星辰常常喧闹到半夜还不睡觉。据此推想,宣夜说是天文学家们在对星辰日月的辛勤观察中得出的。
西方-地心说
地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出,后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。
托勒密认为,地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外,依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星,在各自的圆轨道上绕地球运转。其中,行星的运动要比太阳、月球复杂些:行星在本轮上运动,而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外,是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。再外面,是推动天体运动的原动天。
日心说
1543年,波兰天文学家哥白尼在临终时发表了一部具有历史意义的著作——《天体运行论》,完整地提出了“日心说”理论。这个理论体系认为,太阳是行星系统的中心,一切行星都绕太阳旋转。地球也是一颗行星,它上面像陀螺一样自转,一面又和其他行星一样围绕太阳转动。
星云说
太阳系究竟是怎样产生的,这个问题直到现在仍然没有令人完全满意的答案.长期以来,人们为了解决这个问题,
曾经提出过许多学说,其中“星云说”是提出最早,也是在当代天文学上最受重视的一种学说。
Where do you come from??Where will you go??
千百年来,人们一直试图了解神秘的你,
现在终于知晓,
原来,一切都源于那次大爆炸……
本世纪出现了两种 “宇宙模型”比较有影响。一是稳态理论,一是大爆炸理论。现在,大爆炸理论广泛地为人们所接受。
稳态理论
该理论认为在存在的星系之间的膨胀空间中新物质会产生出来。
若干世纪以来,很多科学家认为宇宙除去一些细微部分外,基本没有什么变化。宇宙不需要一个开端或结束。即使是在发现宇宙正在膨胀之后,这种想法也没有被放弃。托马斯.戈尔德(Thomas Gold),赫尔曼.邦迪(Herman Bondi)及弗雷德.霍伊尔(Fred Hoyle)于40年代后期提出,物质正以恰当的速度不断创生着,这一创生速度刚好与因膨胀而使物质变稀的效果相平衡,从而使宇宙中的物质密度维持不变。这种状态从无限久远的过去一直存在至今,并将永远地继续下去。宇宙在任何时候,平均来说始终保持相同的状态。稳态理论所要求的创生速率很小,每100亿年中,在一立方米的体积内,大约创生1个原子。稳态理论的优点之一是它的明确性。它非常肯定地预言宇宙应该是什么样子的 。也正因如此 ,它很容易遭受观测事实的质疑或反驳。当宇宙背景辐射被发现后,这一理论基本上已被否定。

(许多早期传统,犹太教,基督教,伊斯兰教)-宇宙是相当近的过去创生的。(如希腊哲学家亚里士多德的一些人)宇宙已经存在了并将继续存在无限久。
宇宙大爆炸理论
1、又称“大爆炸宇宙学”
2、创建:伽莫夫1946年创建
3、支持:爱德温·哈勃发现红移现象
阿尔诺·彭齐亚斯与罗伯特·威尔逊发现
宇宙微波背景辐射
主要观点:
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,宇宙体系不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化.这一从冷到热从密到稀的过程如同一次规模很大的爆发.
能说明较多观测事实:
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
(伽莫夫曾预言,今天的宇宙已经很冷,只有绝对温度几度)
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
(红移是宇宙膨胀的反映)
在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是25%
(早期温度很高,产生氦的效率也很高 )
任何天体年龄都小于200亿年
(主张所有恒星都是在温度下 降后产生的)

尚不能确切地解释:
“在所存物质和能量聚集在一点上”之前
存在着什么东西

宇宙初步形成过程
1)大爆炸制造等量的能量与反物质
(2)每十亿个反物质粒子中会有一个转变成物质粒子。
(3)物质与反物质互相湮灭。
(4)結果:反物质摧毁了宇宙中99.9999999%的物质。
(5)少数残余的物质粒子以三个一组形成质子和中子,然后再和电子形成原子。第一批原子开始形成(3分钟)

氢和氦(3分钟)
气体云团(10万年)
星星出现(10亿年)
6、原子冷却、结合成恒星、银河并演化成我们今日所知的宇宙。
牛顿和爱因斯坦的两种引力理论都得出这样的结论——宇宙不可能是静态的,它不得不或是膨胀,或是收缩。而这又意味着,在前200亿年到前100亿年之间,必定有某一时刻,那时宇宙的密度为无穷大,这就产生了所谓的大爆炸。它可能就是宇宙的开端。
量子力学思想应用于大爆炸和宇宙的起源。这就得出了这样的设想:时空可能在范围上有限,但没有边缘。
恒星;形成:恒星诞生于太空中的星际尘埃。
演化 :
恒星的“青年时代” 以几乎不变的恒定光度发光发热,照亮周围的宇宙空间.   以后,恒星将变得动荡不安,变成一颗红巨星;在爆发中完成它的全部使命,把大部分物质抛射回太空中,留下的残骸,也许是白矮星,也许是中子星,甚至黑洞……
行星
一般以为行星系统是恒星形成过程的一部分,但是也有学者认为这是两颗恒星差一点撞击而成。
卫星
卫星是指在围绕行星轨道上运行的天然天体或人造天体。
卫星的形成过程与行星类似。
彗星
彗尾被认为是由气体和尘埃组成
彗星的起源是个未解之谜。
有人提出,在太阳系外围有一个特大彗星区
有人认为彗星是在木星或其它行星附近形成的;
有人认为彗星是在太阳系的边远地区形成的;
有人认为彗星是太阳系外的来客(这个概念得到观测的支持 )

流星
流星体(贼星):分布在星际空间的细小物体和尘粒,质量一般很小
流星:流星体飞入地球大气层后,跟大气摩擦发生了光和热,最后被燃尽成为一束光的现象(如果没有燃尽就是陨星)通常所说的流星指这种短时间发光的流星体
银河系
银河系的起源这一重大课题目前还了解得还不是很好.
大爆炸宇宙学假说认为,我们观测到的全部星系都是10 年前高密态原始物质因密度发生起伏,出 现引力不稳定和不断膨胀,逐步形成原星系,并演化为 包括银河系在内的星系团的.
稳恒态宇宙模型假说 认为,星系是在高密态的原星系核心区 连续形成的.
银河系演化的研究近年来才有一些成就.
在原银河星云的坍缩过程中,最早诞生的是晕星族, 大部分气体物质集聚为银盘,并随后形成盘星族.

星系

起源
较流行的看法:在宇宙大爆炸后的膨胀过程中,分布不均匀的星系前物质收缩形成原星系,再演化成星系。
星系前物质:有人认为是弥漫物质;有人主张是超密物质
原星系的诞生:
引力不稳定假说 宇宙湍流假说

演化
原始星系在收缩过程中出现第一代恒星,形成旋涡星系的星系核或旋涡星系整体.星系的自转离心力阻止赤道面上的进一步收缩,并造成不同的扁率,气体的随机运动和恒星辐射加热等因数又使部分气体未聚成星胚,并因碰撞作用而沉向赤道面。几亿年间,由原星系形成的为年轻星系。此后百亿年间,星系结构无大的变化。

宇宙的未来取决于三个参数:
1.H,即哈勃常数,是宇宙膨胀的速率。
2.Ω,宇宙物质的平均密度。
3.λ,与真空的空间有关的能量,即暗能量。
暂且假定λ为零,让宇宙临界密度除以宇宙密度得Ω
(1)Ω<1,可得:宇宙中没有足够的物质逆转大爆炸产生的原始膨胀,宇宙将永远膨胀,陷入大冻结状态,直到温度接近于绝对零度。 (2)Ω>1,可得:宇宙物质充分,宇宙重力最终将逆转宇宙膨胀,膨胀停止,然后收缩,星系跑到一起,温度上升,最终温度变得非常高,宇宙陷入一片火海(“从创世到火葬”)
(3)Ω=1(宇宙密度等于临界密度),可得:宇宙盘旋在两个极端之间,但将永远膨胀(振荡宇宙理论)

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