宇宙的起源

风清扬斈 16年前 (2006-09-20) 教学教育 4541 0

宇宙的起源

本世纪,有两种"宇宙模型"比较有影响。一是稳态理论,一是大爆炸理论。20年代后期,爱德温·哈勃(Edwin Hubble)发现了红移现象,说明宇宙正在膨胀。60年代中期,阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)发现了"宇宙微波背景辐射"。这两个发现给大爆炸理论以有力的支持。现在,大爆炸理论广泛地为人们所接受。

大爆炸理论认为,宇宙起源于一个单独的无维度的点,即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点。至少是在120~150亿年以前,宇宙及空间本身由这个点爆炸形成。

稳态理论

若干世纪以来,很多科学家认为宇宙除去一些细微部分外,基本没有什么变化。宇宙不需要一个开端或结束。即使是在发现宇宙正在膨胀之后,这种想法也没有被放弃。托马斯.戈尔德(Thomas Gold),赫尔曼.邦迪(Herman Bondi)及弗雷德.霍伊尔(Fred Hoyle)于40年代后期提出,物质正以恰当的速度不断创生着,这一创生速度刚好与因膨胀而使物质变稀的效果相平衡,从而使宇宙中的物质密度维持不变。这种状态从无限久远的过去一直存在至今,并将永远地继续下去。宇宙在任何时候,平均来说始终保持相同的状态。稳态理论所要求的创生速率很小,每100亿年中,在一立方米的体积内,大约创生1个原子。稳态理论的优点之一是它的明确性。它非常肯定地预言宇宙应该是什么样子的 。也正因如此 ,它很容易遭受观测事实的质疑或反驳。当宇宙背景辐射被发现后,这一理论基本上已被否定。
稳态理论认为,宇宙在任何时候,平均来说始终保持相同的状态(影片)
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大爆炸理论

宇宙起始于发生在100~200亿年前的一个极小,却包含了宇宙中全部物质的奇点的瞬间爆发。大爆炸理论的基础是广义相对论及大尺度上宇宙中物质分布的均一性。宇宙的年龄是通过寻找最早的天体或测量宇宙膨胀的速度来测定的。大爆炸理论的结论与一些重要的观测事实相一致。这些事实包括:
1)星系辐射的红移现象
2)宇宙中氦、氘、锂的丰度。这三种元素被认为在宇宙的最初三分钟内首先形成。
3)宇宙微波背景辐射
4)在遥远的星云中,宇宙微波背景辐射的温度更高些。这是由于光速有限,我们看到的遥远星云处于更早的时期,那时宇宙的密度比现在大,也比现在更热。
尽管大爆炸理论本身内还存在着某些未解决的争论,如天文学家们还未肯定星系是如何形成的,这一理论还未遇到根本性的挑战。该理论的各项预言迄今为止经受住了所有的挑战。但该理论还留下了许多基本之谜。在宇宙膨胀之前,宇宙是什么样子?在遥远的未来,当最后一颗恒星耗尽了了它的燃料的时候,又会发生什么呢……
大爆炸理论认为,宇宙起始于发生在100~200亿年前的一个极小,却包含了宇宙中全部物质的奇点的瞬间爆发。(影片)
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恒星的演化

当星际物质凝聚成恒星后,恒星的演化就决定于其内部的核反应过程,在稳定状态下,恒星向内的万有引力和向外的运动压力及辐射压达到平衡。但在某些情况下,这个平衡条件会受到破坏,在不同演化阶段的恒星有不同的观测表现。

 

恒星的诞生

在星际空间普遍存在着极其稀薄的物质,主要由气体和尘埃构成。它们的温度约10~100K,密度约10-24~10-23g/cm3,相当于1cm3中有1~10个氢原子。星际物质在空间的分布并不是均匀的,通常是成块地出现,形成弥漫的星云。星云里3/4质量的物质是氢,处于电中性或电离态,其余约1/4是氦以及极少数比氦更重的元素。在星云的某些区域还存在气态化合物分子,如氢分子、一氧化碳分子等。如果星云里包含的物质足够多,那么它在动力学上就是不稳定的。在外界扰动的影响下,星云会向内收缩并分裂成较小的团块,经过多次的分裂和收缩,逐渐在团块中心形成了致密的核。当核区的温度升高到氢核聚变反应可以进行时,一颗新恒星就诞生了。


Eagle星云恒星正在这里形成

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