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[] 发布日期:2021-04-04 作者:般若舟
宇宙大爆炸学说
大爆炸宇宙论是现代宇宙学中最有影响的一种学说。它的主要观点认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。
大爆炸理论认为:宇宙是由一个致密炽热的奇点于约138亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。大爆炸理论的建立基于了物理定律的普适性和宇宙学原理这两个基本假设以及科研工作者的实际观测。
许多人不知道的是,与大爆炸理论已经成为常识相比,在该理论刚刚提出之后的很长一段时间,世界科学界对其的态度是“嗤之以鼻”的。这种奇怪的现象,是因为早期的西方科学界普遍坚持宇宙和物质是恒定不变、无始无终的。因此对于所有涉及说宇宙万物都“有一个起点”的理论一概不予承认。包括像爱因斯坦这样的大科学家也受其影响。爱因斯坦在总结引力场方程时发现这个Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv的公式将推导出宇宙其实是一个有着从未停止的物质变化的动态宇宙,于是在该公式中又强加了一个“宇宙常数”,以维持静态宇宙的计算结果。也就是说,最初的场方程其实是这样的:∧gμv+Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv,其中常数“∧”为宇宙常数。自从1922年美国天文学家埃德温·哈勃开始观测到“红移现象”开始,有关“宇宙膨胀”的观点开始形成。1929年,埃德温·哈勃总结出了一个具有里程碑意义的发现,即:不管你往哪个方向看,远处的星系正急速地远离我们而去,而近处的星系正在向我们靠近。换言之,宇宙正在不断膨胀。这意味着,在早先星体相互之间更加靠近,似乎某一时刻,它们刚好在同一地方,所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻,当时宇宙处于一个密度无限的奇点。听闻此事的爱因斯坦很快来到哈勃工作的威尔逊天文台,在哈勃的带领下亲自进行了红移现象的观测。访问结束后,爱因斯坦公开承认了自己主观意识影响科学结论的错误,并去掉了场方程中的宇宙常数,于是就有了我们所熟知的爱因斯坦场方程(Einstein Field Equation)。就此,哈勃的这一重大发现直接奠定了以大爆炸为中的现代宇宙学根基。
在二十世纪四十年代末,大爆炸宇宙论的鼻祖伽莫夫认为,我们的宇宙正沐浴在早期高温宇宙的残余辐射中,其温度约为6K。正如一个火炉虽然不再有火了,还可以冒一点热气。1964年,美国贝尔电话公司年轻的工程师-彭齐亚斯和威尔逊在工作中发现的宇宙微波背景辐射使许多从事大爆炸宇宙论研究的科学家们获得了极大的鼓舞。因为彭齐亚斯和威尔逊等人的观测竟与伽莫夫的理论预言的温度如此接近,正是对宇宙大爆炸论的一个非常有力的支持!这是继1929年哈勃发现星系谱线红移后的又一个重大的天文发现。宇宙微波背景辐射的发现,为观测宇宙开辟了一个新领域,这一发现,使我们能够获得很多大爆炸早期的直接信息。
2014年3月17日美国物理学家宣布,首次发现了宇宙原初引力波存在的直接证据。原初引力波是爱因斯坦于1916年发表的广义相对论中提出的,它是宇宙诞生之初产生的一种时空波动,随着宇宙的演化而被削弱。科学家说,原初引力波如同创世纪大爆炸的“余晖”,将可以帮助人们追溯到宇宙创生之初的一段极其短暂的急剧膨胀时期,即所谓“暴涨”。然而,广义相对论提出近百年来,源于它的其他重要预言如光线的弯曲、水星的近日点运动以及引力红移效应等都被一一证实,而引力波却始终未被直接探测到,问题就在于其信号极其微弱,技术上很难测量。美国哈佛-史密森天体物理学中心等机构物理学家利用架设在南极的BICEP2望远镜,观测宇宙大爆炸的“余烬”—微波背景辐时,计算到原初引力波作用到微波背景光子,会产生一种叫做B模式的特殊偏振模式,其他形式的扰动,都产生不了这种B模式偏振,因此B模式偏振成为原初引力波的“独特印记”。观测到B模式偏振即意味着引力波的存在。南极是地球上观测微波背景辐射的最佳地点之一。研究人员在这里发现了比“预想中强烈得多”的B模式偏振信号,随后经过3年多分析,排除了其他可能的来源,确认它就是原初引力波导致的。2016年年初,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和欧洲引力波天文台(VIRGO)的科学家联合宣布,他们探测到了两个约为30倍太阳质量的黑洞在13亿年前的并合产生的引力波,这一发现给大爆炸理论予以了新的有力证据。
2019年4月事件视界望远镜组织(Event Horizon Telescope Collaboration)在美国、比利时、智利、中国、日本同步发布首张基于观测事实的黑洞照片,这一照片给大爆炸理论又进一步增加了一个有利依据。
遗憾的是对于大爆炸的起点以及起点之前和大爆炸之后的最初阶段,相关的观测严重缺乏,最早期的宇宙物质以及能量的实际形式很大程度上仍只是猜测。
量项维物基
宇宙这一真实的存在表明它必然存在自身的组织成份以及基本面貌,近年国内学者利用数理方法在综合经典场、量子力学、相对论与引力场等理论的基础上提出了一个体现宇宙成份及之基本面的表达式:量项维物基 。描绘了以空间…星分子原子粒子…热光磁电力运动为核心的事物体系在宇宙结构层所起的关建作用,显示以空间…星分子原子粒子…热光磁电力运动为体系的产物是形成宇宙物质和时空存在的基本要素。
该学说是一个研究广宇自然及之人文现象的理论学说,其主旨在于描绘广宇自然的普遍规律。但该学说并没有就大爆炸等及其它相关结论作具体的形容和叙述,而是就广宇自然及之事物的过去、现时、未来以及相关组织、结构、成份、机理等给出了一个相关量的综合性的表达式。