宇宙的起源与演化_佟永丽

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1、Science&TechnologyVision2012年7月第20期科技视界高校科技宇宙的起源与演化佟永丽（沈阳理工大学辽宁沈阳110000）【摘要】宇宙学是从整体的角度来研究宇宙的起源和演化以及利用理论物理方法研究天体的物理性质和过程的一门学科。随着新兴高科技迅速发展，给与宇宙学相关的各种观测和实验注入了新的活力。什么是宇宙？宇宙是如何起源的？早期宇宙是什么样子的？宇宙是怎样发展演化的？宇宙的未来命运又会是什么样子？本文简单介绍了人类对宇宙的起源与演化发展的认识过程，以及当今热门的大爆炸理论。【关键词】宇宙学；宇宙膨胀；大爆炸理论；微波背景辐射1人类对宇宙的认识

2、得到了爱因斯坦宇宙方程的一组动态解，从理论上论证了宇宙要么膨胀，要么收缩，决不会保持静止状态。宇宙的演化趋最早引起古代人们注意到的宇宙现象，如昼夜交替、月势则取决于宇宙物质的平均密度ρ与临界密度ρ的比值：0c亮圆缺、日食月食、天体位置随季节的变化以及行星在星空ρ<ρ对应于一个无限无界的开放宇宙；背景上的移动等，都没超出太阳系的范围。0cρ=ρ对应于一个平坦的开放宇宙；16世纪哥白尼提出的日心说虽然仍末超出太阳系的局0c限，但却把地球从居于宇宙中心的特殊地位降为一颗绕太阳ρ0>ρc对应于一个有限有界的闭合宇宙。旋转的普通行星，正确地反映了太阳系的实际情况。前两种情况下

3、宇宙将膨胀下去；后一种情况下，宇宙将18、19世纪是太阳系天文学发展的鼎盛时期。人们借助出现膨胀———收缩的震荡即“脉动”。（目前已知的临界密度望远镜，不仅发现了天王星、大量小行星、行星卫星等太阳系-293为ρ=10克/厘米，所观测的不含“暗物质”的平均密度是c的组成成员，还根据天王星实际观测位置及理论计算位置的-313ρ=2×10克/厘米）。0偏差，用天体力学理论准确地预言了海王星的存在和位置，并最终发现了海王星、冥王星，从而有力地证明了当时宇宙4宇宙大爆炸模型理论同太阳系的客观实际是相符的。与此同时，人类的视野1948年美国物理学家伽莫夫（GeorgeGamow

4、,1904~也逐渐由太阳系扩展到更为广阔的恒星世界。1968）、阿尔法、贝特等人发挥了勒梅特的思想，把宇宙的膨2现代宇宙学的诞生胀与物质的演化联系起来，提出了“大爆炸宇宙模型”。因为它能较多地说明现时所观测到的事实，所以成为目前影响最现代宇宙模型的研究始于爱因斯坦。爱因斯坦的广义相大的宇宙学说。这个宇宙大爆炸学说简介如下：对论预言，一定质量的天体，将对周围的空间产生影响而使起源———宇宙始于约200亿年前爆炸的一个高温、高密它们“弯曲”。弯曲的空间会迫使其中穿过的光线发生偏转，度的“原始火球”。它的起始时间为0。例如太阳就会使经过其边缘的遥远星体光线发生1.75弧秒

5、-4332的偏转。通常，由于太阳的光太强而使人们无法观测到这一普郎克时代──时间10秒，温度高达10K；-3528事实。1919年发生了日全蚀，一个英国考察队终于观测到太大统一时代———时间10秒，温度高达10K；阳附近的光线偏转，得到的偏转数据正是爱因斯坦所预言的-614强子时代———时间10秒，温度为10K；“1.75弧秒”。-212轻子时代———时间10秒，温度为10K；尽管后来发现宇宙不可能保持稳定而被放弃，但毕竟是109一次开创性的尝试，揭开了现代宇宙学研究的序幕。辐射时代———时间1－10秒，温度降至约10－5×10K，基本粒子开始结合成原子核，能量以光

6、子辐射显示出现；(人3宇宙膨胀的发现们探索微观世界和宇宙结构的努力在这里会合)19229年，苏联数学家弗里德曼在广义相对论的框架下，氦形成时代———时间3分钟，温度降至约10K，直径膨作者简介：佟永丽（1978．01．21—），女，满族，辽宁抚顺人，沈阳理工大学，讲师，硕士学位，理论物理。104科技视界SCIENCE&TECHNOLOGYVISIONScience&TechnologyVision高校科技科技视界2012年7月第20期胀到约1光年大小，有近三成物质合成为氦，核反应消失；度降到10亿K时，中子和质子合成氘核的反应开始，类似氢5弹爆炸时发生的聚变过程迅速

7、把所有的中子合成到由两个进入物质时代———时间1000－2000年，温度降至约10K，物质密度大于辐射密度；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。物质从背景辐射中透明出来———物质温度开始低于辐当宇宙年龄为1秒时，气体中有质子也有中子，它们相射温度，最重于最轻的基本粒子书比值保持恒定；228碰撞就能结合成最简单的原子核氘（D），p＋n圮D+γ星系形成──时间10年，温度降至约100K；9一旦氘合成开始，后续的连锁反应就能接着发生了。算类星体、恒星、行星及生命先后出现──时间10年，温过后知道，实际起主要作用的过程有：度降至约12K；