【图文】宇宙大爆炸理论_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
评价文档：
宇宙大爆炸理论
上传于|0|0|文档简介
&&关于宇宙大爆炸理论的ppt一个
大小：3.88MB
登录百度文库，专享文档复制特权，财富值每天免费拿！
你可能喜欢宇宙大爆炸理论 - 搜狗百科
声明：搜狗百科免费提供信息查询和信息编辑，坚决打击恶意篡改、冒充官方收费代编等违规行为。
宇宙大爆炸理论
　　大爆炸（英文：Big Bang）是描述宇宙诞生及其后续演化的模型，这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点为：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的（根据2010年所得到的最佳的观测结果，这些初始状态大约存在发生于133亿年至139亿年前），并经过不断的膨胀到达今天的状态。日，美国哈弗-史密松天体物理中心的科学家宣布，已经找到了宇宙早期“暴涨”阶段产生的第一个证据，这也是对（cosmic inflation theories）最强的验证。
　　大爆炸模型图册 牧师、物理学家首先提出了关于的大爆炸理论，但他本人将其称作“原生原子的假说”。这一模型的框架基于了的，并在场方程的求解上作出了一定的简化（例如空间的和）。描述这一模型的场方程由物理学家于1922年将广义相对论应用在流体上给出。1929年，物理学家通过观测发现从地球到达遥远的距离正比于这些星系的，这一膨胀宇宙的观点也在1927年被在理论上通过求解而提出，这个解后来被称作弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规。哈勃的观测表明，所有遥远的星系和在视线速度上都在远离我们这一观察点，并且距离越远退行越大。如果当前星系和星团间彼此的距离在不断增大，则说明它们在过去的距离曾经很近。从这一观点物理学家进一步推测：在过去宇宙曾经处于一个极高密度且极高温度的状态，在类似条件下大型上所进行的实验结果则有力地支持了这一理论。然而，由于当前技术原因粒子加速器所能达到的高能范围还十分有限，因而到目前为止，还没有证据能够直接或间接描述膨胀初始的极短时间内的宇宙状态。从而，大爆炸理论还无法对宇宙的初始状态作出任何描述和解释，事实上它所能描述并解释的是初始状态之后宇宙的演化图景。当前所观测到的宇宙中轻的，和理论所预言的宇宙早期快速膨胀并冷却过程中最初的几分钟内，通过所形成的这些元素的理论丰度值非常接近，定性并定量描述宇宙早期形成的轻元素的丰度的理论被称作。　　大爆炸一词首先是由天文学家所采用的。是与大爆炸对立的模型——的倡导者，他在1949年3月的一次广播节目中将勒梅特等人的理论称作“这个大爆炸的观点”。虽然有很多通俗轶事记录霍伊尔这样讲是出于讽刺，但霍伊尔本人明确否认了这一点，他声称这只是为了着重说明这两个模型的显著不同之处。霍伊尔后来为的研究作出了重要贡献，这是恒星内部通过核反应从轻元素制造出某些重元素的途径。1964年的发现是支持大爆炸确实曾经发生的重要证据，特别是当测得其从而绘制出它的曲线之后，大多数科学家都开始相信大爆炸理论了。　　大爆炸是描述诞生初始条件及其后续演化的模型，这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持[1][2]。宇宙学家通常所指的大爆炸观点为：宇宙是在过去有限的时间之前，由一个极大且极高的太初状态演变而来的（根据2010年所得到的最佳观测结果，这些初始状态大约存在于133亿年至139亿年前[3][4]），并经过不断的到达今天的状态。　　理论发展　　大爆炸理论的宇宙结构-模型图大爆炸理论是通过对的实验观测和理论推导发展而来的。在实验观测方面，1912年维斯托·斯里弗尔（Vesto Slipher）首次测量了一个“”（“旋涡星云”是当时对的旧称法）的，其后他和卡尔·韦海姆·怀兹（Carl Wilhelm Wirtz）证实了绝大多数类似的星云都在退离。不过斯里弗尔并没有因此联想到这个观测结果对宇宙学的意义，这也是由于在当时，人们就这些“星云”是否是我们的之外的“岛宇宙”这一问题存在着高度争议。在理论研究方面，1917年将广义相对论理论应用到整个宇宙，发表了标志着建立的论文《根据广义相对论对宇宙学所做的考察》。然而从广义相对论出发建立的不是静态的，这和当时相信静态宇宙的主流观点并不符合，爱因斯坦为此在场方程中加入了一个来进行修正。1922年，苏联宇宙学家、数学家假设了宇宙在大尺度上的均匀和各向同性，利用推导出描述空间上均一且各向同性的，并且在这一组方程中宇宙学常数是可以消掉的。通过选取合适的，从弗里德曼方程得到的宇宙模型是在膨胀的。1924年，埃德温·哈勃对最近的“旋涡星云”距地球的距离进行了测量，其结果证实了它们在银河系之外，本质是其他的星系。1927年，比利时物理学家、天主教牧师在不了解弗里德曼工作的情况下独立提出了星云后退现象的原因是宇宙的膨胀 。1931年勒梅特进一步指出，宇宙正在进行的膨胀意味着它在时间反演上会发生，这种情形会一直发生下去直到它不能再坍缩为止，此时宇宙中的所有质量都会集中到一个几何尺寸很小的“原生原子”上，的结构就是从这个“原生原子”产生的。　　1924年起，哈勃为勒梅特的理论提供了实验条件：他在利用口径250厘米的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。这些使他能够通过观测星系的红移量来推测星系到地球的距离。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。而勒梅特在理论推测，根据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。　　艺术家绘制的WMAP采集数据的景象二十世纪三十年代，还出现了一些尝试解释哈勃所观测到现象的非主流宇宙模型，例如米尔恩宇宙、（最早由弗里德曼提出，后来的主要推广者是和理查德·托尔曼）、的衰减光子假说。　　以后，的观点引出了两种互相对立的理论：一种理论是由勒梅特提出，支持和完善的大爆炸理论。提出了理论，而他的同事和则理论上预言了的存在。另一种理论则是英国天文学家等人提出的。在稳恒态宇宙模型里，在星系远离留下的空间中不断产生，从而宇宙在任何时候看上去都基本不变化。具有讽刺意味的是，大爆炸理论的名称却是来自霍伊尔提到勒梅特的理论时所用的称呼，他在1949年3月的一期BBC广播节目《物质的特性》（The Nature of Things）中将勒梅特等人的理论称作“这个大爆炸的观点”。之后的许多年，这两种理论并立，但等一系列观测证据使天平逐渐向大爆炸理论倾斜。1965年，的发现和确认更使绝大多数家都相信：大爆炸是能描述宇宙起源和演化最好的理论。现在宇宙物理学的几乎所有研究都与有关，或者是它的延伸，或者是进一步解释，例如大爆炸理论的框架下星系如何产生，早期和极早期宇宙的物理，以及用大爆炸理论解释新观测结果等。　　二十世纪九十年代后期和初，技术的重大发展和如（COBE）、（HST）和（WMAP）等收集到的大量数据使大爆炸理论又有了新的大突破。宇宙学家从而可以更为精确地测量中的各种参数，并从中发现了很多意想不到的结果，比如宇宙的膨胀正在加速。　　势不可挡的大量证据使多数天文学家确信，宇宙是在大约150亿年前的某个确定时刻、在一种超热超密的高能辐射火球形态中诞生的。这就是叫做大爆炸的宇宙起源模型。大爆炸这个名词实际上是弗雷迪·霍伊尔在1940年代末创造、用来嘲笑这个在他看来“精美得就像蛋糕中跳出来的交际花”的理论的。霍伊尔是对立的稳恒态假说的创始人之一，现在仍是吵得最凶的大爆炸思想的反对者之一，不过他的名声已经大不如前了。1920年代前,天文学家一直以为宇宙仅由我们现在所知的银河系构成，而且是永远不变。个别恒星可以度过它们的一生而死亡，但新的恒星会诞生并取代它们。　　关于宇宙可能随而变化（演化）的第一个明确提示，是爱因斯坦发展他的广义相对论时出现的。当时的时空理论对宇宙进行了完全的数学描述（模型）。1917年爱因斯坦发现，当他试图以这种方式将他的方程应用于描述作为整体的时空时，它们竟然不能表示一个静止的、不变的宇宙。这些方程式表明，宇宙必须要么膨胀、要么收缩，而不能静止。因为当时没有膨胀或收缩的天文证据，爱因斯坦就在他的方程式中引进一个附近项，称为宇宙学常数的虚假因子，来维持模型静止。后来他自称这是他整个生涯的“最大失误”。　　其他研究者，特别是荷兰的威廉·德西特和苏联的亚历山大·弗里德曼，也求出了的解。这些解描述了各种不同的宇宙模型，却全都有着内在的演化倾向。有些模型开始很小但永远膨胀；有些膨胀到一定大小然后坍缩。有一个模型开始很大，收缩到一定大小然后再度膨胀，。另一组解则循环重复膨胀和坍缩，在达到很小时 “反弹”。　　这些数学模型对真是宇宙的现实意义到了1920年代开始趋于明朗。埃德温·哈勃和其他观察者证明，不仅我们的银河系只是宇宙中众多星系中的一个，而且星系因宇宙的膨胀而在互相分开（见）。换言之，以不含宇宙学常数的爱因斯坦方程式为依据的最简单宇宙模型，实际上是整体宇宙行为的极佳描述。　　到1930年代初已经很清楚，宇宙正在膨胀，并带着星系相互分离，因为星系间的空间在扩大。星系并非通过空间运动（至少在我们仅仅考察这个宇宙学膨胀时是如此），而是被空间的膨胀带着遨游。这可以比喻为中的葡萄干。而生面团发起来时，葡萄干被带着彼此远离，它们并不是在生面团中穿行。
　　通过广义将宇宙的膨胀进行时间反演，则可得出宇宙在过去有限的时间之前曾经处于一个密度和温度都无限高的状态，称之为，奇点的存在意味着广义相对论理论在这里不适用。　　而仍然存在争论的问题是，借助广义相对论我们能在多大程度上理解接近奇点的物理学——可以肯定的是不会早于时期。　　宇宙极早期这一高温的相态被称作“大爆炸”，这被看作是我们宇宙的诞生时期。通过观测来测量宇宙的膨胀，对宇宙微波背景辐射温度涨落的测量，以及对星系之间的测量，科学家计算出宇宙的年龄大约为137.3 ± 1.2亿年。这三个独立测算所得到的结果相符，从而为具体描述宇宙所包含物质比例的ΛCDM模型提供了有力证据。　　关于大爆炸模型中极早期宇宙的相态问题，至今人们仍充满了猜测。在大多数常见的模型中，宇宙诞生初期是由均匀且各向同性的高密高温高压物质构成的，并在极早期发生了非常快速的膨胀和冷却。大约在膨胀进行到10^-37秒时，产生了一种相变使宇宙发生暴涨，在此期间宇宙的膨胀是呈指数增长的。当暴涨结束后，构成宇宙的物质包括夸克－等离子体，以及其他所有基本。此时的宇宙仍然非常炽热，以至于粒子都在做着相对论性的高速随机运动，而粒子－对在此期间也通过碰撞不断地创生和湮灭，从而宇宙中粒子和反粒子的数量是相等的（宇宙中的总为零）。直到其后的某个时刻，一种未知的违反重子数守恒的反应过程出现，它使夸克和的数量略微超过了和反轻子的数量——超出范围大约在三千万分之一的量级上，这一过程被称作重子数产生。这一机制导致了当今宇宙中物质相对于的主导地位。　　随着宇宙的膨胀和温度进一步的降低，粒子所具有的能量也普遍逐渐下降。当能量降低到1太（1012eV）时产生了，这一相变使和基本相互作用形成了当今我们看到的样子。宇宙诞生的10^-11秒之后，大爆炸模型中猜测的成分就进一步减少了，因为此时的粒子能量已经降低到了实验所能企及的范围。10^-6秒之后，夸克和胶子结合形成了诸如质子和的重子族，由于夸克的数量要略高于，重子的数量也要略高于反重子。此时宇宙的温度已经降低到不足以产生新的质子－对（类似地，也不能产生新的中子－反中子对），从而即刻导致了粒子和反粒子之间的质量湮灭，这使得原有的质子和中子仅有十亿分之一的数量保留下来，而对应的所有反粒子则全部湮灭。大约在1秒之后，电子和之间也发生了类似的过程。经过这一系列的湮灭，剩余的质子、中子和电子的速度降低到相对论性以下，而此时的宇宙的主要贡献来自湮灭产生的大量光子（少部分来自）。　　在大爆炸发生的几分钟后，宇宙的温度降低到大约十亿的量级，密度降低到大约的水平。少数质子和所有中子结合，组成氘和氦的，这个过程叫做太初核合成。而大多数质子没有与中子结合，形成了氢的原子核。随着宇宙的冷却，宇宙的主要来自静止质量产生的的贡献，并超过原先光子以辐射形式的能量密度。在大约37.9，电子和原子核结合成为原子（主要是），而物质通过脱耦发出辐射并在宇宙空间中相对自由的传播，这个辐射的残迹就形成了今天的宇宙微波背景辐射。　　哈勃超深空场描绘了远古时代的星系图景虽然宇宙在大尺度上物质几乎均一分布，但仍存在某些密度稍大的区域，因而在此后相当长的一段时间内这些区域内的物质通过引力作用吸引附近的物质，从而变得密度更大，并形成了、恒星、星系等其他在今天的上可观测的结构。这一过程的具体细节取决于宇宙中物质的形式和数量，其中形式可能有三种：冷暗物质、和重子物质。来自WMAP的目前最佳观测结果表明，宇宙中占主导地位的物质形式是冷暗物质，而其他两种物质形式在宇宙中所占比例不超过18%。另一方面，对Ia型超新星和宇宙微波背景辐射的独立观测表明，当今的宇宙被一种被称作的未知能量形式主导着，暗能量被认为渗透到空间中的每一个角落。观测显示，当今宇宙的总中有72%的部分是以暗能量这一形式存在的。根据推测，在宇宙非常年轻时暗能量就已经存在，但此时的宇宙尺度很小而物质间彼此距离很近，因而在那时引力的效果显著从而减缓了宇宙的膨胀。但经过了几十上百亿年的膨胀，不断增长的暗能量开始让宇宙膨胀缓慢加速。表述暗能量的最简洁方法是在中添加所谓项，但这仍然无法回答暗能量的构成、形成机制等问题，以及与此伴随的一些更基础问题：例如关于它状态方程的细节，以及它与中的内在联系，这些未解决的问题仍然有待理论和实验观测的进一步研究。　　所有在暴涨时期以后的宇宙演化，都可以用宇宙学中的ΛCDM模型来非常精确地描述，这一模型来自广义相对论和各自独立的框架。如前所述，目前还没有广泛支持的模型能够描述大爆炸后大约10^-15秒之内的宇宙，一般认为需要一个统合广义相对论和量子力学的来突破这一难题。如何才能理解这一极的物理图景是当今物理学的最大未解决问题之一。
　　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，的值不会超过10^-5。此外，通过对和的观测，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。主条目：弗里德曼－勒梅特－罗伯逊－沃尔克度规和空间的度规膨胀　广义相对论采用度规来描述时空的几何属性，度规能够给出时空中任意两点之间的间隔。这些点可以是恒星、星系或其他，它们在时空中的位置可以用一个遍布整个时空的坐标卡或“”来说明。根据宇宙学原理，在大尺度上度规应当是均匀且各向同性的，唯一符合这一要求的度规叫做弗里德曼－勒梅特－罗伯逊－沃尔克度规（FLRW度规）。这一度规包含一个含时的尺度因子，它描述了宇宙的尺寸如何随着时间变化，这使得我们可以选择建立一个方便的坐标系即所谓共动坐标系。在这个坐标系中网格随着宇宙一起膨胀，从而仅由于宇宙膨胀而发生运动的天体将被固定在网格的特定位置上。虽然这些共动天体两者之间的坐标距离（共动距离）保持不变，它们彼此间实际的物理距离是正比于宇宙的尺度因子而膨胀的。　　大爆炸的本质并不是物质的爆炸从而向外扩散至整个空旷的宇宙空间，而是每一处的空间本身随着时间的膨胀，从而两个共动天体之间的物理距离在不断增长。由于FLRW假设了宇宙中物质和能量的，它只对宇宙在大尺度下的情形适用——对于像我们的星系这样局部的物质聚集情形，引力的束缚作用要远大于空间度规膨胀的影响，从而不能采用FLRW度规。　　大爆炸时空的一个重要特点就是视界的存在：由于宇宙具有有限的年龄，并且光具有有限的速度，从而可能存在某些过去的事件无法通过光向我们传递信息。从这一分析可知，存在这样一个极限或称为过去视界，只有在这个极限距离以内的事件才有可能被观测到。另一方面，由于空间在不断膨胀，并且越遥远的物体退行速度越大，从而导致从我们这里发出的可能永远也无法到达那里。从这一分析可知，存在这样一个极限或称为，只有在这个极限距离以内的事件才有可能被我们所影响。以上两种视界的存在与否取决于描述我们宇宙的FLRW模型的具体形式：我们现有对极早期宇宙的意味着宇宙应当存在一个过去视界，不过在实验中我们的观测仍然被早期宇宙对电磁波的不透明性所限制，这导致我们在过去视界因空间膨胀而退行的情形下依然无法通过电磁波观测到更久远的事件。另一方面，假如宇宙的膨胀一直加速下去，宇宙也会存在一个。
　　大爆炸理论最早也最直接的观测证据包括从观测到的哈勃膨胀、对的精细测量、宇宙间轻元素的丰度（参见太初核合成），而今大尺度结构和也成为了新的支持证据。这四种观测证据有时被称作“大爆炸理论的四大支柱”。
哈勃定律和宇宙膨胀
　　对遥远星系和类的观测表明这些天体存在——从这些天体发出的电磁波会变长。通过观测取得星体的频谱，而构成天体的的原子与电磁波的相互作用对应着特定样式的吸收和，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，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即：　　v=HD　　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　　H 是，根据WMAP最近的为70.1 ± 1.3 千米/秒/　　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。从推测出宇宙正在膨胀的假说是由亚历山大·和乔治·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。的理论后来成为了弗里德曼、勒梅特、、等人建立大爆炸理论的基石。　　大爆炸理论要求哈勃定律在任何情况下都成立，注意这里v、D和H随着宇宙膨胀都在不断变化（因此哈勃常数H实际是指“当前状态下的哈勃常数”）。对于距离远小于尺度的情形，可以被理解为因退行速度v造成的多普勒频移，但本质上哈勃红移并不是真正的多普勒频移，而是在光从遥远星系发出而后被观测者接收的这个时间间隔内，宇宙膨胀的结果。　　天文学上观测到的高度均匀分布且各向同性的红移，以及其他很多观测证据，都支持着宇宙在各个方向上看起来都相同这一。2000年，人们通过测量宇宙微波背景辐射对遥远的所产生的影响，证实了哥白尼原理，即地球相对大尺度宇宙来说绝非宇宙的中心。早期宇宙来自大爆炸的微波背景辐射温度要显著高于当今的辐射余温，而几十亿年来微波背景辐射均匀降温的事实只能被解释为宇宙空间正在进行着膨胀，并排除了我们较为接近一个特殊的爆炸中心的可能。
宇宙微波背景辐射
　　WMAP拍摄到大爆炸发生后宇宙微波背景的影像在宇宙诞生的最初几天里，宇宙处于完全的热平衡态，并伴随有光子的不断吸收和发射，从而产生了一个的频谱。其后随着宇宙的膨胀，温度逐渐降低到光子不能继续产生或湮灭，不过此时的高温仍然足以使电子和原子核彼此分离。因而，此时的光子不断地被这些“反射”，这一过程的本质是散射。由于这种散射的持续存在，早期宇宙对电磁波是不透明的。当温度继续降低到几千时，电子和原子核开始结合成原子，这一过程在中称为复合。由于光子被散射的几率很小，当几乎所有电子都与原子核发生复合之后，光子的与物质脱耦。这一时期大约发生在大爆炸后三十七万九千年，被称作“最终的散射”时期。这些光子构成了可以被今天人们观测到的，而观测到的背景辐射的涨落图样正是这一时期的早期宇宙的直接写照。随着宇宙的膨胀，光子的能量因红移而随之降低，从而使光子落入了的微波频段。被认为在宇宙中的任何一点都可被观测，并且在各个方向上都（几乎）具有相同的。　　1964年，阿诺·和罗伯特·在使用的一台微波接收器进行诊断性测量时，意外发现了宇宙微波背景辐射的存在。他们的发现为微波背景辐射的相关预言提供了坚实的验证——辐射被观测到是各向同性的，并且对应的黑体辐射温度为3K——并为提供了有力的证据。彭齐亚斯和威尔逊为这项发现获得了。　　1989年，NASA发射了（COBE），并在1990年取得初步测量结果，显示大爆炸理论对微波背景辐射所做的预言和实验观测相符合。COBE测得的微波背景辐射余温为2.726K，并在1992年首次测量了微波背景辐射的涨落（），其结果显示这种各向异性在十万分之一的量级。和因领导了这项工作而获得诺贝尔物理学奖。在接下来的十年间，微波背景辐射的各向异性被多个地面探测器以及气球实验进一步研究。2000年至2001年间，以为代表的多个实验通过测量这种各向异性的典型角度大小，发现宇宙在空间上是近乎平直的。　　2003年初，（WMAP）给出了它的首次探测结果，其中包括了在当时人们所能获得的最精确的某些宇宙学参数。的探测结果还否定了某些具体的宇宙暴涨模型，但总体而言仍然符合广义的。此外，WMAP还证实了有一片“海”弥散于整个宇宙，这清晰地说明了最早的一批恒星诞生时曾经用了约五亿年的时间才形成所谓宇宙雾，从而开始在原本黑暗的宇宙中发光。2009年5月，作为用于测量微波背景各向异性的新一代探测器发射升空，它被寄希望于能够对微波背景的各向异性进行更精确的测量，除此之外还有很多基于地面探测器和气球的观测实验也在进行中。
原始物质丰度
　　采用可以计算氦-4、、氘和锂-7等相对普通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。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。
星系演变和分布
　　用近红外拍摄天空得到的全景图对星系和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和开始形成。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。
　　人们通过对哈勃膨胀以及对的观测，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理论应用到上，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，而对于位于高区域（即距离很远）的气体云，通过观测它们对温度敏感的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。
　　当今的科学家在宇宙学问题上都普遍更青睐，不过在历史上科学界曾经分成两派，一派是大爆炸模型的支持者，另一派是其他替代宇宙模型的支持者。在宇宙学的整个发展史中，科学界曾经不断争论着哪个宇宙学模型能够最符合地描述宇宙学的观测结果（参见动机和发展一节），大爆炸理论的一些问题也因此浮出水面。在当今的科学界，支持大爆炸理论是压倒性的共识，因此这些曾经提出的问题很多都已经成为了历史，人们为此不断修正和完善大爆炸理论以及获取更佳的观测结果，从而一一获得了这些问题的解释。　　大爆炸的核心观点——包括度规膨胀、早期高温态、氦元素形成、——都是从独立于任何宇宙学模型的实际观测中推论出的，这些实际观测包括轻元素的丰度、、大尺度结构、的等。而大爆炸理论发展至今，它的正确性和精确性有赖于很多奇特的物理现象，这些物理现象或者还没有在地面实验中观测到，或者还没被纳入的中。在这些现象中，是当前各个实验室所研究的最为活跃的主题。虽然暗物质理论中至今仍然存在一些未得到解决的细节和疑点，诸如尖点问题和冷暗物质的问题，但这些疑点的解决只需将来对理论做出进一步的修正，而不会对暗物质这一解释产生颠覆性的影响。是科学界另一高度关注的领域，但至今仍然不清楚将来是否有可能直接对暗能量进行观测 。　　另一方面，大爆炸模型中的两个重要概念：暴涨和产生，在某种意义上仍然被认为是具有猜测性质的。它们虽然能够解释早期宇宙的重要性质，却可以被其他解释所替代而不影响大爆炸理论本身。如何找到这些观测现象的正确解释仍然是当今物理学最大的未解决问题之一。
　　视界问题来源于任何信息的传递速度不可能超过的前提。对于一个存在有限时间的宇宙而言，这个前提决定了两个具有因果联系的时空区域之间的间隔具有一个，这个上界被称作粒子视界。从这个意义上看，所观测到的微波背景辐射的与这个推论存在矛盾：如果早期宇宙直到“最终的散射”时期之前一直都被物质或辐射主导，那时的粒子视界将只对应着天空中大约2度的范围，从而无法解释为何在一个如此广的范围内都具有相同的以及如此相似的物理性质。对于这一看似矛盾之处，给出了解决方案，它指出在宇宙诞生极早期（早于重子数产生）的一段时间内，宇宙被均匀且各向同性的能量标量场主导着。在暴涨过程中，宇宙空间发生了指数膨胀，而粒子视界的膨胀速度要远比原先预想的要快，从而导致现在处于两端的区域完全处于彼此的粒子视界中。从而，现今观测到的微波背景辐射在大尺度上的各向同性是由于在暴涨发生之前，这些区域彼此是相互接触而具有因果联系的。　　根据的，在暴涨时期宇宙中存着微小的量子热涨落，随着暴涨这些涨落被放大到，这就成为了当今宇宙中所有结构的种子。暴涨理论预言这些原初涨落基本上具有尺度不变性并满足，这已经通过测量微波背景辐射得到了精确的证实。如果暴涨的确发生过，宇宙空间中的大片区域将因指数膨胀而完全处于我们可观测的视界范围以外。
平坦性问题
　　宇宙的整体几何形状取决于相对临界密度值平坦性问题是一个与弗里德曼－勒梅特－罗伯逊－沃尔克度规相关的观测问题。取决于宇宙的总是否大于、小于或等于临界密度，宇宙的可以的、负的或为零的。当宇宙的等于临界密度时，宇宙空间被认为是平坦的。然而问题在于，任何一个偏离临界密度的微小扰动都会随着时间逐渐放大，但至今观测到的宇宙仍然是非常平坦的。如果假设空间曲率偏离平坦所经的时间尺度为即10^-43秒，经过几十亿年的演化宇宙将会进入或状态，这一矛盾从而需要一个解释。事实上，即使是在太初核合成时期，宇宙的也必须在偏离临界密度不超过10^-14倍的范围内，否则将不会形成像我们今天看到的这样。　　暴涨理论对此给出的解释为，暴涨时期空间膨胀的速度如此之快，以至于能够将产生的任何微小曲率都抹平。现在普遍认为暴涨导致了现今宇宙空间的高度平坦性，并且其非常接近临界密度值。
磁单极子问题
　　关于的反对意见源于二十世纪七十年代末，预言了空间中的拓扑缺陷将表现为磁单极子，这种缺陷在早期高温宇宙中应当大量产生，从而导致现今磁单极子的密度应当远大于所能观测到的结果。而非常难以理解的是，至今为止人们从未观测到任何磁单极子。解决这一矛盾的理论仍然是暴涨，与抹平空间中的曲率相类似，空间呈指数暴涨也消除了所有拓扑缺陷。　　值得一提的是，外尔曲率假说作为暴涨理论的替代理论，同样能够解释视界问题、平坦性问题和磁单极子问题。
重子不对称性
　　至今人们还不理解为什么宇宙中的物质要比多：大爆炸理论认为高温的早期宇宙处在统计，具有同样数量的重子和反重子；然而观测表明，即使是在非常遥远的地方，宇宙仍然几乎由物质构成。产生这种不对称性的未知过程称作产生，而重子数产生的条件是所谓Sakharov条件必须满足。这些条件包括存在一种过程破坏重子数守恒、共轭不变性和电荷共轭－空间反演不变性必须被破坏、宇宙偏离热平衡态。这三个条件在的框架内都可得到满足，然而标准模型所预言的此种效应在数量上太小，不足以完全解释的由来。
球状星团年龄
　　二十世纪九十年代中期，人们发现对的观测结果与大爆炸理论出现矛盾：，人们进行了和球状星团的星族观测相符的，其结果显示这些球状星团的年龄竟然高达150亿年，这与大爆炸理论所预言的宇宙的年龄为137亿年严重不符。九十年代后期，更完善的计算机模拟考虑了引起的效应，这一矛盾也基本得到了解决：最新得出的球状星团年龄要比原先的结果小很多。虽然人们还不确定这种方法测定的球状星团年龄到底有多精确，但已经明确的是它们无疑是宇宙中最古老的天体之一。
　　表示宇宙中不同能量密度组成比例的饼图二十世纪七十至八十年代进行的多种观测显示，宇宙中可见的物质含量不足以解释所观测到的星系内部以及星系之间彼此产生的引力强度。这就导致了科学家猜测宇宙中有含量多达90%的物质都属于不会辐射电磁波也不会与普通重子物质相互作用的暗物质。另一方面，若假设宇宙中的大多数物质都是普通重子物质，所得出的一些预言也和观测结果强烈矛盾。例如，如果不假设暗物质的存在，将难以解释为何宇宙中氘的实际含量要比理论上预计的低很多。尽管暗物质这一概念在刚提出时还存在争议，但有多种观测都显示了它的存在，包括的、的速度弥散、大尺度结构的分布、对的研究、对星系团的X射线观测等。　　如要证实暗物质的存在，需要借助它与其他物质的，但至今还没有在实验室中发现构成暗物质的粒子。至今物理学家已经提出了多种理论来试图解释暗物质，同时实验上也存在多个直接实验观测暗物质的探测计划。
　　对－星等之间关系的测量揭示了宇宙自现有年龄的一半时，它的膨胀开始加速。如要解释这种加速膨胀，要求宇宙中的大部分能量都具有一个能够提供负压的因子，即所谓“”。有其他若干证据显示暗能量确实存在：对微波背景辐射的测量显示宇宙空间是近乎平直的，从而宇宙的需要非常接近临界密度；然而通过引力汇聚对宇宙质量密度的测量表明，宇宙的能量密度只有临界密度的30%左右。由于暗能量并不像普通质量那样发生正常的引力汇聚，它是对那部分“丢失”的的最好解释。此外有两种对宇宙总曲率的几何测量结果也要求了暗能量的存在，一种借助了引力透镜的频率，另一种则是利用大尺度结构的特征图样作为。 负压是的一种性质，但暗能量的本性到底是什么仍然是大爆炸理论的最大谜团之一。目前提出的用于解释暗能量的候选者包括和第五元素。2008年WMAP团队给出了结合和其他观测数据的结果，显示当今的宇宙含有72%的暗能量、23%的暗物质、4.6%的常规物质和少于1%的。其中常规物质的随着宇宙的膨胀逐渐减少，而暗能量的能量密度却（几乎）保持不变。从而宇宙过去含有的常规物质比例比现在要高，而在未来暗能量的比例则会进一步升高。　　在ΛCDM这一当前大爆炸理论的最佳模型中，暗能量被解释为广义相对论中的宇宙学常数。然而，基于广义相对论并能够合理解释暗能量的宇宙学常数值，即使与基于观点的不成熟估算值比起来仍然令人惊讶地小。在宇宙学常数以及其他解释暗能量的替代理论之间做出比较和选择是当前大爆炸研究领域中活跃的课题之一。　　还有就是，人们常识性理念告诉我们：宇宙是无限的。如果这一概念成立，那么关于“大爆炸”的说法将受到挑战。因为，人们都知道，不管任何形式爆炸，它的范围都是有限的，那么也就是说，宇宙是有限的。因为，爆炸产生的冲击波，它的传输会消耗它本身携带的能量，等这种能量耗尽，冲击波的传输也就停止了。那么没有被波及到的地方是不是就是一片空虚？这个我们无从得知。如果“大爆炸”的理论成立，那么没有被波及到的地方它又是什么区域？
　　在发现暗能量之前，宇宙学家认为宇宙的未来存在有两种图景：如果宇宙能量密度超过临界密度，宇宙会在膨胀到最大体积之后，在坍缩过程中，宇宙的密度和温度都会再次升高，最后终结于同爆炸开始相似的状态——即；相反，如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度，膨胀会逐渐减速，但永远不会停止。会因各个星系中的都被逐渐消耗而最终停止；最终导致只剩下、和。相当缓慢地，这些彼此的碰撞会导致质量聚集而陆续产生更大的黑洞。宇宙的平均温度会渐近地趋于，从而达到所谓大冻结。此外，倘若质子真像预言的那样是不稳定的，重子物质最终也会全部消失，宇宙中只留下辐射和黑洞，而最终黑洞也会因而全部蒸发。宇宙的熵会增加到极点，以致于再也不会有自组织的能量形式产生，最终宇宙达到状态。　　现代观测发现之后，人们意识到现今可观测的宇宙越来越多的部分将膨胀到我们的以外而同我们失去联系，这一效应的最终结果还不清楚。在ΛCDM模型中，暗能量以宇宙学常数的形式存在，这个理论认为只有诸如星系等引力束缚系统的物质会聚集，并随着宇宙的膨胀和冷却它们也会到达热寂。对暗能量的其他解释，例如幻影能量理论则认为最终、恒星、行星、原子、原子核以及所有物质都会在一直持续下去的膨胀中被撕开，即所谓。
　　描述宇宙膨胀的艺术构想图虽然在中已经建立得相当完善，在将来它仍然非常有可能被修正，例如对于宇宙诞生最早期的那一刻人们还几乎一无所知。－表明，在宇宙时间的开端必然存在一个奇点。但是，这些理论都是在广义相对论正确的前提成立，而广义相对论在宇宙达到普朗克温度之前必须失效，而一个可能存在的则有希望避免产生奇点。　　现在已经提出了一些设想，但每一个设想都基于了一些还没有任何验证的假说：　　一、采用尔－霍金的时空有限模型；大爆炸理论的确给出了一个有限的时间，但它的成立并不需要奇点的存在。 二、认为暴涨是由于中膜的运动的膜；一个前大爆炸模型；认为大爆炸是由于膜彼此碰撞产生的ekpyrotic模型；以及ekpyrotic模型的变种——循环模型，认为这种膜的碰撞是周而复始的。在循环模型中，大挤压跟随在大爆炸之后发生，并且宇宙永不停歇地进行着这种循环。 三、混沌，在这一理论中宇宙的暴涨会在随机的地方发生局部停止，每一个停止点都会发生自身的大爆炸并由此膨胀出新的气泡宇宙。 后两类设想都把大爆炸看作只是一个更庞大且更古老的宇宙（即）中的一个事件，而非传统意义上的宇宙开端。
科学家找到宇宙暴涨理论的坚实证据日，美国哈弗-史密松天体物理中心的科学家宣布，找到了宇宙早期“暴涨”阶段产生的第一个证据，这也是对宇宙暴涨理论（cosmic inflation theories）最强的验证。这是人类科学上的重大突破，该成就有望问鼎诺贝尔奖。这项重大发现来自于位于南极的“BICEP2”望远镜，该望远镜能够对（CMB)进行观测。宇宙微波背景辐射是的余晖，辐射中的微小涨落提供了早期宇宙状况的信息。当引力波传播时它能够对空间挤压和拉伸，这种影响能够在宇宙背景微波辐射中产生特殊的图案。因为也是一种光线，也具备光的所有性质，包括偏振。科学家寻找到的是一种称为“B-模”的特殊偏振形式，它的出现是引力波存在的独特标记。为了排除可能出现的误差，研究团队用了三年多的时间对数据进行分析。他们这次探测到的中的“B-模”比之前科学家预测的都更加显著。该结果不仅仅能告诉我们宇宙确实发生过暴涨阶段，还能告诉我们它是何时发生和强度多大。
　　大是一种科学理论，它的成立是建立在和观测相符合的基础上的。但作为一个阐述“实在”起源的理论，它对神学和哲学产生了暗示作用。二十世纪二十至三十年代，几乎每一个主流宇宙学家都更喜欢，还有很多人指责说大爆炸理论提出的宇宙在时间上的开端是将宗教概念引入了物理学中，这一反对意见后来经常被稳恒态理论的支持者反复提出。而大爆炸理论的创始人之一，乔治·勒梅特是一位牧师的事实则更为这种意见添油加醋。日，教皇在教皇科学学会的开幕会上声称大爆炸理论和天主教的创世概念相符合。　　自大爆炸理论被主流界接受以来，已经有多个宗教团体对大爆炸理论做出了反应，其中有些忠实接受了大爆炸理论的科学依据，而有些试图将大爆炸理论和他们自己的宗教教义相统合，有些则是完全反对或忽视了大爆炸理论的证据。
　　宇宙大爆炸理论作　者：（英），（英），（英）克里斯·林陶特著，等译　　出 版 社：　　出版时间：　　I S B N：8
　　帕特里克·摩尔爵士（Sir Patrick Moore） 大英帝国司令勋章获得者、会员、皇家天文学会会员。终生研究月球，是许多月面特征的发现者，特别是在难于观测的边缘区域。他也是现代天文学的一位著名的诠释者。他主持的每月一次的BBC电视节目《》，对宇宙探测和天文学的进展进行介绍。这个节目创办于1957年，那年世界上第一颗人造斯普尼克1号发射升空。也就是从那时起，帕特里克就成为了一个家喻户晓的名字。他曾无数次地出现在广播和电视节目中，撰写了数百部书籍和文章，并在举办过讲座。他曾经激励了几代职业天文学家和，把他们一生的热情投入到这个迷人的领域里。
　　引言 天空的诱惑　　第一章 万物肇始　　大爆炸后10-43～10-32 秒　　第二章 　　大爆炸后30万～7亿年　　第三章 演化中的宇宙　　大爆炸后7亿～90亿年　　第四章 恒星与行星　　大爆炸后90亿～92亿年　　第五章 生命的诞生　　大爆炸后92亿年到现在　　第六章 透视未来　　现在到大爆炸后187亿年　　第七章 宇宙的结局　　大爆炸后187亿年向前　　尾声　　实践天文学　　天文学家小传　　宇宙时间表　　名词术语解释
　　 Kaboom （2010）　　又名: 荒谬末日论　　制片国家/地区: 美国 / 法国 电影《大爆炸》封面类型:喜剧 / 科幻　　语言: 英语　　上映日期:　　片长:86 分钟　　导演:/ Gregg Araki　　编剧:/ Gregg Araki　　主演:// Kelly Lynch/Chris Zylka　　大爆炸的剧情简介　　美国著名导演荒木·格雷格新作《大爆炸》曝光预告片，如果你是因为那部由约瑟夫·高登-莱维特主演的《》而认识荒木的话，那恐怕其大多数作品会让你略感不适，廉价的地下作风与欢闹的，当然，如果是腐女到可以yy一下片中美貌的男一号和明显的倾向。这部《大爆炸》也是如此。　　影片的故事有点类似《》，主角Smith不停做着古怪的梦、而他身边也貌似有阴谋正在蠢蠢欲动，当然还有，末日论和青少年的性行为。不过，对于荒木的一惯不能太认真，《大爆炸》的预告片也笼罩着一股华丽而卡通的怪调调。颠覆、破坏、迷幻、粗俗、极端的不确定性，是荒木对其早期“青少年三部曲”风格的回归。　　《大爆炸》由朱诺·坦普尔、托马斯·戴克、詹姆斯·杜瓦尔主演，曾参展。1月26日影片将在圣丹斯电影节亮相。
　　宇宙大爆炸理论软件大小：25.8 MB　　兼容平台：需要 iOS 3.1 或更高版本　　软件语言：英文软件文件类型：.ipa　　发布时间：　　热门指数：8
　　你知道吗？大爆炸发生在137000万年前！你知道吗？太阳的直径为1392000公里，大约是地球的110倍。你知道吗？事实上，并不是发明的灯泡。这是一个很长的故事，其中包含了，包括生命的诞生，文明的沉浮，其中有许多有趣和感人的故事。总之，这都是从大爆炸开始！各种谜题等着你在，用你的快速反应和解决他们的智慧！　　游戏截图：　　
参考资料：
词条标签：
合作编辑者：
搜狗百科词条内容由用户共同创建和维护，不代表搜狗百科立场。如果您需要医学、法律、投资理财等专业领域的建议，我们强烈建议您独自对内容的可信性进行评估，并咨询相关专业人士。
点击编辑词条，进入编辑页面