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张天健_560
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第二十六篇   大爆炸宇宙论的产生(下)

(2006-06-26 22:40:21)
标签:

物理学

哲学

杂谈

分类: 思想

二、大爆炸宇宙论的产生

1、宇宙红移的发现

弗利德曼从数学上预言了膨胀宇宙,在亚理斯多德、哥白尼、牛顿、爱因斯坦的稳态宇宙论之外,指出了非稳态宇宙论的可能性,这就是弗利德曼的贡献。

1929年,美国天文学家哈勃通过多年的天文观测,发现了星系光频率降低的红移现象,哈勃总结出来的宇宙红移的经验定律,后来称为哈勃定律,表述如下:

宇宙星系的红移正比于该星系与我们银河系中心的距离。

数学公式为,     B=HD/C     261

式中,红移量 B=λλ。/λ。,λ。为无红移时的波长,λ为有红移时的波长。H为哈勃常数,D为河外星系与银核的距离, C为光速 。

2、对宇宙红移的膨胀解释

后来,哈勃定律描述的红移现象被解释为:

宇宙的不断膨胀使星系以高速V退行,V=BC,造成光的多普勒频移而使光频降低。

于是,哈勃定律改写为,V=HD 262

对红移的“星系高速退行”解释,反过来又使宇宙红移的发现成为膨胀宇宙论的第一个观测实验的证据。

1935年美国物理学家罗伯逊和英国数学家瓦尔克合作,为了吻合哈勃的宇宙红移现象,提出了类似弗利德曼膨胀宇宙的数学描述,这时人们才记起弗利德曼。

2、梅特勒的“大爆炸宇宙论”

1935年以后的十五年,宇宙论的研究并无多大进展。

大爆炸宇宙论真正的大发展,笔者归功于比利时物理学家梅特勒的开拓式突破。他于1950年大胆提出宇宙原子的大爆炸假说,认为这就是宇宙膨胀的根源。这样,弗利德曼的数学宇宙开始有了物理模型,梅特勒的物理模型很初浅,后来的物理学家们做了很多充实和修正。从此,膨胀宇宙就向爆炸宇宙转变了。

红移现象被重新解释为:宇宙原子的大爆炸引起了宇宙膨胀,从而形成红移。

 

三、大爆炸宇宙论居统治地位

1、大爆炸宇宙论的发展

正是先有梅特勒新奇大胆的爆炸宇宙的思路,其后才有那些著名的跟随者:

主要有,伽莫夫(美国,1954)、利弗席兹和哈拉尼科夫(前苏联,1963)、彭罗斯和霍金(英国,1970)、古思(美国,1980)等等许多著名科学家,他们使大爆炸宇宙论的物理——数学模型不断取得完善。

就这样,弗利德曼宇宙论得到愈来愈多的承认,科学家们的结论性意见是:

模式1)永远膨胀的开放式无限宇宙(时空曲率K<0),可能性很小。 

模式2)平直静态式无限宇宙(时空曲率K=0)也不可能,按广义相对论时空是弯曲的。

模式3)膨胀—收缩—膨胀……的震荡宇宙(时空曲率k>0),可修正为:

爆炸(宇宙第一极)—膨胀—收缩—爆炸(宇宙第二极)—膨胀……如此循环,可能性最大。

许许多多的科学家,他们为模式3)震荡宇宙,奉献了毕生精力,成功完成了大爆炸宇宙论完整无缺的物理/数学描述。从爆炸之初描述到150亿年后的今天,乃至以后。

2、宇宙背景辐射的发现

1965年,天文观测上再次取得出乎预料的巨大成就,宇宙背景辐射的发现是继宇宙红移之后最伟大的天文发现。当年,美国物理学家彭其亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射,就是说:不管把天线对准天空的哪一个方向,都能检测到近2.7°K左右的宇宙背景辐射。

3、卫星检测的验证

1992年美国发射了名为“宇宙背景辐射探险者”的卫星,精确地查明该辐射非常均匀,起伏仅十万分之一。其辐射的波长(频率)有一个带宽,最大辐射强度在波长1.1mm处。宇宙背景辐射与空腔壁温度保持在2.7°K的黑体辐射相同,意味着,整个宇宙相当于一个黑体空腔。

支持大爆炸宇宙论的科学家们为这些结果雀跃欢呼,认为2.7°K正是宇宙大爆炸残留下来的弥漫于宇宙空间的灰烬所形成,从而使大爆炸宇宙论得到更多的支持,并最终取得统治地位。

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