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【转载】大爆炸理论

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一楼


1楼2016-10-15 12:07回复
    1924年起,哈勃为勒梅特的理论提供了实验条件:他在威尔逊山天文台利用口径250厘米的胡克望远镜费心建造了一系列天文距离指示仪,这是宇宙距离尺度的前身。这些仪器使他能够通过观测星系的红移量来推测星系与地球之间的距离。他在1929年发现,星系远离地球的速度同它们与地球之间的距离刚好成正比,这就是所谓哈勃定律。而勒梅特在理论推测,根据宇宙学原理当观测足够大的空间时,没有特殊方向和特殊点,因此哈勃定律说明宇宙在膨胀。


    4楼2016-10-15 12:11
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      2-2,基本假设
      大爆炸理论的建立基于了两个基本假设:物理定律的普适性和宇宙学原理。宇宙学原理是指在大尺度上宇宙是均匀且各向同性的。
      这些观点起初是作为先验的公理被引入的,但现今已有相关研究工作试图对它们进行验证。例如对第一个假设而言,已有实验证实在宇宙诞生以来的绝大多数时间内,精细结构常数的相对误差值不会超过10-5。此外,通过对太阳系和双星系统的观测,广义相对论已经得到了非常精确的实验验证;而在更广阔的宇宙学尺度上,大爆炸理论在多个方面经验性取得的成功也是对广义相对论的有力支持。
      假设从地球上看大尺度宇宙是各向同性的,宇宙学原理可以从一个更简单的哥白尼原理中导出。哥白尼原理是指不存在一个受偏好的(或者说特别的)观测者或观测位置。根据对微波背景辐射的观测,宇宙学原理已经被证实在10-5的量级上成立,而宇宙在大尺度上观测到的均匀性则在10%的量级。


      12楼2016-10-15 12:19
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        3-1,哈勃定律
        对遥远星系和类星体的观测表明这些天体存在红移——从这些天体发出的电磁波波长会变长。通过观测取得星体的频谱,而构成天体的化学元素的原子与电磁波的相互作用对应着特定样式的吸收和发射谱线,将两者进行比对则可发现这些谱线都向波长更长的一端移动。这些红移是均匀且各向同性的,也就是说在观测者看来任意方向上的天体都会发生均匀分布的红移。如果将这种红移解释为一种多普勒频移,则可进而推知天体的退行速度。对于某些星系,它们到地球的距离可以通过宇宙距离尺度来估算出。如果将各个星系的退行速度和它们到地球的距离一一列出,则可发现两者存在一个线性关系即哈勃定律。
        v=H0D
        其中,v是星系或其他遥远天体的退行速度
        D是距天体的共动固有距离
        H0是哈勃常数,根据WMAP最近的测量结果为70.1 ± 1.3千米/秒/秒差距
        根据哈勃定律我们的宇宙图景有两种可能:或者我们正处于空间膨胀的正中央,从而所有的星系都在远离我们——这与哥白尼原理相违背——或者宇宙的膨胀是各处都相同的。从广义相对论推测出宇宙正在膨胀的假说是由亚历山大·弗里德曼和乔治·勒梅特分别在1922年和1927年各自提出的,都要早于哈勃在1929年所进行的实验观测和分析工作。宇宙膨胀的理论后来成为了弗里德曼、勒梅特、罗伯逊、沃尔克等人建立大爆炸理论的基石。


        16楼2016-10-15 12:24
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          3-3,原始物质丰度
          采用大爆炸模型可以计算氦-4、氦-3、氘和锂-7等轻元素相对普通氢元素在宇宙中所占含量的比例。所有这些轻元素的丰度都取决于一个参数,即早期宇宙中辐射(光子)与物质(重子)的比例,而这个参数的计算与微波背景辐射涨落的具体细节无关。大爆炸理论所推测的轻元素比例(注意这里是元素的总质量之比而非数量之比)大约为:氦-4/氢 = 0.25,氘/氢 = 10-3,氦-3/氢 = 10-4,锂-7/氢 = 10-7。
          将实际测量到的各种轻元素丰度和从光子重子比例推算出的理论值两者比较,可以发现至少是粗略符合。其中理论值和测量值符合最好的是氘元素,氦-4的理论值和测量值接近但仍有差别,锂-7则是差了两倍,即对于后两种元素的情形存在着明显的系统随机误差。尽管如此,大爆炸核合成理论所预言的轻元素丰度与实际观测可以认为是基本符合,这是对大爆炸理论的强有力支持。因为到目前为止还没有第二种理论能够很好地解释并给出这些轻元素的相对丰度,而从大爆炸理论所预言的宇宙中可被“调控”的氦元素含量也不可能超出或低于现有丰度的20%至30%。事实上很多观测也没有除大爆炸以外的理论可以解释,例如为什么早期宇宙(即在恒星形成之前,从而对物质的研究可以排除恒星核合成的影响)中氦的丰度要高于氘,而氘的含量又要高于氦-3,而且比例又是常数。


          21楼2016-10-15 12:31
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            3-4,星系演变和分布
            对星系和类星体的分类和分布的详细观测为大爆炸理论提供了强有力的支持证据。理论和观测结果共同显示,最初的一批星系和类星体诞生于大爆炸后十亿年,从那以后更大的结构如星系团和超星系团开始形成。由于恒星族群不断衰老和演化,我们所观测到的距离遥远的星系和那些距离较近的星系非常不同。此外,即使距离上相近,相对较晚形成的星系也和那些在大爆炸之后较早形成的星系存在较大差异。这些观测结果都和宇宙的稳恒态理论强烈抵触,而对恒星形成、星系和类星体分布以及大尺度结构的观测则通过大爆炸理论对宇宙结构形成的计算模拟结果符合得很好,从而使大爆炸理论的细节更趋完善。


            22楼2016-10-15 12:32
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              3-5,其他证据
              人们通过对哈勃膨胀以及对微波背景辐射的观测,分别估算出了宇宙的年龄。虽然这两个结果彼此曾经存在一些矛盾和争议,但最终还是取得了相当程度上的一致:两者都认为宇宙的年龄要稍大于最老的恒星的年龄。两者的测量方法都是将恒星演化理论应用到球状星团上,并用放射性定年法测定每一颗第二星族恒星的年龄。
              大爆炸理论预言了微波背景辐射的温度在过去曾经比现在要高,而对于位于高红移区域(即距离很远)的气体云,通过观测它们对温度敏感的发射谱线已经证实了这个预言。这个预言也意味着星系团中苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应的强度与红移并不直接相关;这一点从目前观测来看应该是近似正确,然而由于苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应的强度还和星系团的本身性质直接关联,并且星系团的性质在宇宙学的时间尺度上会发生根本的变化,因而导致无法精确检验这个猜想的正确性。


              23楼2016-10-15 12:33
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                @基督徒tsx 看看,这就是你口中的无知的无神论者


                IP属地:内蒙古24楼2016-10-15 12:58
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                  你不就是想证明你聪明吗?


                  来自Android客户端25楼2016-10-15 13:00
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                    宇宙每一角落,仅仅在膨胀而已,并没有最初的"大爆炸"。质量越小,膨胀时间越快,速度可以用数学方式计算,光子在接近0的膨胀极限是16000米,所以中国墨子卫星是天大的笑话,而实际上世界范围量子通信的极限就未超过17公里。


                    IP属地:广东来自iPhone客户端27楼2016-10-20 21:13
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