宇宙大爆炸学说的起源
宇宙大爆炸学说的起源及主要观点
【摘要】：如果能把人类所有未解的谜题排一个序，那么这个序的开端我想我们应称之为宇宙。人类之谓宇宙有太多的猜想和疑惑，随之而来的学术以及理论更是如同雨后春笋，百家争鸣。然而在众说纷纭之中，身于其中的宇宙大爆炸理论已经开始作为一支较为完善的独立理论慢慢演变成为了现代宇宙学的一个主要流派，它较满意地解释了当代对于宇宙的疑问以及疑惑。
【关键词】：宇宙大爆炸 起源 观点 勒梅特 约翰?马瑟
【论文正文】：
一 .关于宇宙大爆炸学说的起源
宇宙的神秘给予了一代又一代权威的科学家无限的遐想与诱惑，追随宇宙从何而来的学说也因此时起彼伏。在众多学术之中，宇宙大爆炸学说逐渐成为了现代宇宙学的一个主要流派，慢慢被越来越多的人认可与接收。
宇宙大爆炸学说是在1932年由科学家勒梅特首次提出的，而“大爆炸理论”则是由伽莫夫于1946年创建的。最初的学说提出了，整个宇宙最初聚集在一起“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，从而形成了我们的宇宙。不过当这个理论一被提出的时候，宇宙大爆炸学生便成为了众多科学家争论的焦点，甚至是在葡萄牙举行的宇宙论大会上，两派持不同意见的科学家再次对这个宇宙的起源学说展开了争论。随着学科知识的不过发展，宇宙大爆炸学说到了现在已被越来越完善的被定义。在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大，之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出击，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。
在古书《淮南子?原道训》中，是如此定义宇宙的，“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。”而到了科技和学术不断完善以及发展的当代，宇宙这个概念更被定义为是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称，宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。
千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的，对于这个问题的讨论似乎从未间断过。然而，大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释，“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？
大爆炸宇宙学是现代宇宙学中最有影响的一种学说，与其它宇宙模型相比，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。这一从冷到热，从密到稀的过程如同一次规模很大的爆发。
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。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。
大爆炸理论是关于宇宙形成的最有影响的一种学说，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。 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”。所谓原始火球也就是一个无限小的点，现在的宇宙仍会继续膨胀，也就是无限大，有可能宇宙爆炸的能量散发到极限的时候，宇宙又会变成一个原始火焰即无限小的点以后，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。直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论。
60年代，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙大爆炸理论的新的有力证据，他们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。他们在测定银晕气体射电强度时，在7.35cm波长上，意外探测到一种微波噪声，无论天线转向何方，无论白天黑夜，春夏秋冬，这种神秘的噪声都持续和稳定。相当于三K摄氏度的黑体发出的辐射。这一发现使天文学家们异常兴奋，他们早就估计到当年大爆炸后，今天总会留下点什么，每一个阶段的平衡状态，都应该有一个对应的等效温度，作为时间前进的嘀嗒声。彭齐亚斯和威尔逊也因此获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。
为了具体的研究大爆炸，科学家制作了相应的模型并统一说明了以下的几个观测事实。这些事实无疑为宇宙大爆炸学说奠定了强有力的权威支持和理论基础。更物质更具体而清晰的揭示了宇宙大爆炸学说。
1、大爆炸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，那么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%。用恒星核反应机制不足以说明为什么又如此多的氦。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。
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。大爆炸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，温度大约为3K。这一结果无论在定性上或者定量上都与大爆炸理论的预言相符。但是，在星系的起源和各向同性分布等方面，大爆炸宇宙学还存在一些未解决的困难问题。
2.关于宇宙大爆炸学说的主要观点以及权威发言
美国天体物理学家约翰?马瑟和乔治?斯穆特发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性，而荣获了2006年诺贝尔物理学奖。他们向世界宣布：宇宙大爆炸绝非神话，而是真实可测的，这样的殊荣无疑是给宇宙大爆炸学说带来了钢铁般的支持。
宇宙大爆炸是真实可测的。由爱因斯坦、哈勃、弗里德曼以及诸多诺贝尔物理学奖获得者创建的现代宇宙起源理论认为：宇宙诞生于距今137亿年前的一次大爆炸。微波背景辐射是大爆炸的“余烬”，均匀分布于整个宇宙空间。大爆炸之后的宇宙温度高得惊人，大爆炸之后30多万年，宇宙温度降到足够低，使得电子和光子等量子可以结合而形成原子等物质。宇宙也由此走出晦暗的迷雾状态而变得透明，使光可以穿透。正是在此期间产生了宇宙微波背景辐射。
虽然人们在上世纪60年代就已知道微波背景辐射的存在，但针对这种大爆炸“余烬”的测量工作一开始都是在地面上展开，进展十分缓慢。大爆炸理论曾预测，
微波背景辐射应该具有黑体辐射特性，但一直未能得到地面观测结果的确认。
微波是指波长从1米到1毫米、频率为300兆赫到30万兆赫的无线电波，具有直线传播、方向性强、频率高的特点，已广泛应用于宇航、雷达、遥感技术、卫星通讯、气象及天文等方面。丹麦人玻尔1913年把爱因斯坦和普朗克的量子论与核式原子概念结合起来，提出了电子跃迁理论，荣获了1922年奖。1917年爱因斯坦提出了受激辐射理论。应用这两位科学巨人的理论，美国人汤斯1953年用氨气作放大介质制造出第一台微波激射器；前苏联人巴索夫和普罗霍罗夫1954年用放大激光射辐的方法发明了微波激射器。他们的发明为探索宇宙提供了有力武器，共同获得了1964年奖。
按照宇宙大爆炸学说推断，过去大约40亿年前，随着宇宙不断膨胀，它的背景辐射温度也逐渐降低，目前相当于绝对零度以上2.7度（－270.46℃）黑体发出的微波辐射。所谓黑体是指能全部吸收外来电磁辐射而毫无反射和透射的理想物体。德国人维恩1893年便提出了黑体辐射定律：黑体发出的辐射，虽然分布在很宽的波长范围内，但有一个中间放长的辐射达到最大；这个最大波长与黑体的热力学温度成反比。这个发现获得1911年奖。
马瑟和斯穆特深信不疑：所谓“黑体辐射”的性状，有助于了解宇宙的形成过程以及星系和恒星的起源。宇宙起源和命运的线索隐藏在它早期产生的微波背景辐射中。测量宇宙中的微波背景辐射，可以回望宇宙婴儿时代的场景，从而了解宇宙中恒星和星系的形成过程。通过这项研究将可以破解宇宙大爆炸的神话。
马瑟和斯穆特的研究对象，是宇宙最初形成大约38万年后的早期状态，当时的微波背景辐射以黑体形式存在，温度为3000℃。为了完成这个天体物理学领域的创新构思，马瑟1974年提议美国宇航局启动宇宙背景探索者（COBE）研究项目。在提议获得美国宇航局的批准后，马瑟更是自始至终领导和协调这个项目的进行。美国宇航局最初打算用航天飞机将COBE卫星送上太空。但1986年“挑战者”号失事后，美国航天飞机停飞数年，COBE卫星的未来陷入困境。马瑟和斯穆特以高超的谈判技巧，为项目组专门争取到一枚火箭，最终于1989年11月将COBE卫星送入太空，从而促成了一项新的诺贝尔物理奖诞生。
在这项COBE天体物理学卫星实验中，马瑟作为卫星远红外线绝对分光光度计首席调查员，将宇宙微波背景辐射光谱分析的精确程度提高到前所未有的水平，斯穆特则主要负责测量微波背景辐射的温度波动。
马瑟和斯穆特根据1989年发射的COBE卫星测量结果进行分析计算后发现：宇宙微波背景辐射
与绝对温度2.7度黑体辐射非常吻合；微波背景辐射在不同方向上温度有着极其微小的差异，也就是说存在所谓的各向异性。这种微小差异提示了宇宙中物质如何积聚成恒星和星系。如果没有这样一种机制，那么今天的宇宙很可能完全不是现在这个样子，其中的物质也许像淤泥一样均匀分布。这就修正并完善了现行模型所述宇宙特征是宇宙各向同性、宇宙物质均匀分布和朝四面八方膨胀。
宇宙起源和命运的线索隐藏在它早期产生的微波背景辐射中。马瑟和斯穆特实现了对微波背景辐射的精确测量，标志着宇宙进入了“精确研究”的时代，从而确认了宇宙大爆炸不是神话，而是真实可测。著名科学家霍金赞言：COBE项目的研究成果堪称20世纪最重要科学成就。在COBE项目的基础上，耗资1.45亿美元的美国“威尔金森微波各向异性探测器”于2001年进入太空，对宇宙微波背景进行了更精确的观测。而欧州“普朗克”卫星不久也将发射升空，将使宇宙起源研究达到更精的高度。人类彻底揭开宇宙大爆炸之谜的时代已为期不远了。
天体物理学是应用物理学理论方法和技术，研究包括宇宙中各种形式物质之天体的物理性质、化学组成和演化规律的学科。它产生于人类开始将光谱学、光度学和照相术应用于天文学研究的19世纪中叶，而在20世纪发展成为天文学的主流。诺贝尔物理学奖共6次授予这个今人神往的物理学科。
美国人贝蒂1938年建立了热核反应是宇宙中太阳等一切恒星的能量来源的理论，即计算出太阳的能量是从4个氢原子通过4步碳循环聚变为1个氦原子的结果。这位将量子物理学应用于天体物理学的学者，荣获了1967年奖。
瑞典人阿尔文40年代初，根据自建的等离子物理学理论，解释了宇宙线、极光和磁暴的起源，用磁流体动力学解释宇宙起源和现象荣获了1970年奖。
美国人彭齐亚斯和威尔逊1962年使用无线电天线首次接收到宇宙背景辐射信号，并认定那是个宇宙间到处存在的一种残余热能，相当于3K的温度。这个发现成为宇宙大爆炸学说的有力证据，荣获了1978年奖。
美籍印度人钱德拉塞卡1928年利用相对论研究宇宙高密度之谜，建立了白矮星模型。1939年他完善了恒星结构及演化过程的理论：大多数恒星是在氢变氦的过程中失去能量而收缩，直到内部压力上升到足以使原子结构崩塌为止。白矮星就是由这样高度密实的物质组成。当恒星超过1.44M后，将演变成中子星和黑洞。他成功地解释了今人迷惑的超新星大爆发现象。美国人福勒1957年提出了关于宇宙间化学元素起源的核生成理论：星体在发出光和热的过程中，先合成轻元素，然后再合成重
元素，射电星系的核心是发出强大射电波的坍缩超巨星，而类星体只是这些坍缩巨星中规模较大者。他的理论成功地解释了恒星内部氢燃烧以后如何演化，以及氢和氦以外的化学元素生成等问题。他们的研究佐证了宇宙大爆炸学说，同获1983年奖。
美国人泰勒和赫尔斯1974年利用位于波多各阿雷西博的世界上最大的射电天文望远镜首次发现了脉冲双星，并发现双星互相绕转的轨道周期在不断变短，这一观测结果与爱因斯坦广义相对论预言相符，从侧面验证了宇宙大爆炸学说，获1993年奖。