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第八章 聚合宇宙终结宇宙大爆炸理论 第一节 宇宙大爆炸的证据（第1页）

第八章：聚合宇宙——终结宇宙大爆炸理论第一节：宇宙大爆炸的证据

宇宙大爆炸（简称“大爆炸”）是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型，这一模型得到了当今物理学家最广泛的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点是：认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奇点突然爆炸，并经过不断的膨胀及演化而达到今天的状态。

比利时牧师兼物理学家乔治·勒梅特根据爱因斯坦广义相对论，首先提出了关于宇宙起源的大爆炸理论。1929年，美国著名的天文物理学家埃德温·哈勃通过观测发现，所有星系正在加速远离地球，所有遥远的星系和星系团距离我们越远其退行速度越大。如果当星系和星团间彼此的距离在不断增大，则说明它们曾经的距离在过去很近。物理学家从这一观点进一步推测，宇宙曾经处于一个密度极高且温度极高的状态。1964年发现宇宙微波背景辐射后，成为间接证明宇宙大爆炸学说的又一依据。特别是当测出其频谱从而绘制出它的黑体辐射曲线之后，大多数科学家都开始相信大爆炸理论并开始流行起来。

现代宇宙大爆炸学说认为宇宙是137亿年前诞生的，宇宙起源于一个奇点，它是宇宙一切的起点，包括时间和空间。在大爆炸开始的瞬间之前，宇宙被压缩在一个“奇点”——体积为零、密度无限大的点中。在大爆炸之前，没有物质、空间和时间。宇宙所有的物质集中于一点，温度非常高，大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，形成了今天我们看到的宇宙。

宇宙大爆炸的时间进程：

大爆炸开始时约137亿年前，体积极小，密度极高，温度极高。

大爆炸时标10-43秒，宇宙从量子背景出现。

大爆炸时标10-35秒，统一场分解为强力、电弱力和引力。

大爆炸时标10-5秒，10万亿度，质子和中子形成。

大爆炸时标0。0001秒有湮灭成光子。在达到平衡状态时，粒子总数大致与光子总数相等，未经湮灭的强子破碎为“夸克”，此时夸克处于没有任何相互作用的“渐进自由状态”。宇宙中的粒子品种有：正反夸克，正反电子，正反中微子。最后，有十亿分之一的正粒子存留下来。

大爆炸时标0。01秒1000亿度，以光子、电子、中微子为主，质子、中子仅占10亿分之一，热平衡态，体系急剧膨胀，温度和密度不断下降。

小于强子阈温大于轻子阈温。光子产生强子的反应已经停止，强子不再破碎为夸克，质子中子各占一半，但由于正反质子、正反中子不断湮灭，强子数量减少。中子与、质子不断相互转化，到1。09秒时，温度100亿开，质子：中子=76：24

大爆炸时标0。1秒后300亿度，中子、质子之比从1。0下降到0。61。

大爆炸时标1秒后100亿度，中微子向外逃逸，正负电子湮没反应出现，核力尚不足束缚中子和质子。

大爆炸时标13。8秒后温度小于30亿度，氘、氦类稳定原子核（化学元素）形成，物质被创造的任务完成。中子衰变现象出现，衰变成质子加电子加反中微子。这时质子：中子=83：17。

大爆炸时标3分46秒，温度9亿度，反粒子全部湮灭，光子：物质粒子=10亿：1，中子不再衰变，质子：中子=87：13（一直到现在）；这时出现了一个非常重要的演化：由2个质子和2个中子生成1个氦原子核，中子因受核力约束而保存下来。宇宙进入核合成时代。（如果没有氦核产生，中子将全部衰变，也没有以后其它的原子核）

大爆炸时标35分钟后3亿度，核过程停止，尚不能形成中性原子。

大爆炸时标30万—70万年，温度4000—3000开，能量和物质处于热平衡状态。开始出现稳定的氢氦原子核，宇宙进入复合时代。在后期宇宙逐步转变为以物质为主的时代。（光子随着温度的降低而可以自由穿行，即今天的3开宇宙背景辐射）

时标4亿—5亿年，温度100开。物质粒子开始凝聚，引力逐渐增大，度过“黑暗时代”后，第一批恒星星系形成。

随着第一批恒星的形成，原子在恒星的内部发生了核聚变反应，进而出现了氦、碳、氧、镁、铁等元素原子核。核聚变是指由质量小的原子（主要是指氘或氚），在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大能量释放的一种核反应形式。

（值得注意的是，不同质量的恒星能引发的核聚变程度不同，太阳主要为氢-氦聚变，重一点的会引发碳-氧-镁聚变，再重的会引发下一轮聚变。

总的顺序大致依次为：氢-氦-碳-氧-镁-硅-铁。但无论恒星多重，最终的聚变结果只能是铁，恒星内部不能产生比铁更重的原子核！）凡是元素周期表上有的（除人造元素外），都是在恒星大炼炉里形成的，铁以后的原子核，只能在超爆中产生。

宇宙大爆炸的证据之一微波背景辐射：宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）也叫CMB，是一种充满整个宇宙的电磁辐射。科学家认为这种放射物是大爆炸的产物，这种放射物好像是太空在每个地方发出的无线噪音，宇宙微波背景被认为是大爆炸存在的最佳证据。