一个常见的例子是膨胀中的气球,在给气球加气之前先在气球表面画上一些任意的点。然后给气球加气,气球的表面就开始膨胀了,这时气球上的任意两点之间的距离就会越来越大。各点观测到的情况都一样,没有膨胀的中心。

另一个例子,观察一个还未发酵的葡萄干面包。当面包发酵的时候,每个葡萄干都能看到其他的葡萄干远离自己而去。并且,葡萄干远离得越开,那么膨胀的速度越大。每个葡萄干都一样,没有膨胀的中心点。

上面的两个例子表示星系退行观测事实,也反映了真实的宇宙在膨胀。随着时间的推移,宇宙也在不断的膨胀。

图2 宇宙膨胀说

1。2 宇宙的年龄

在当宇宙时间尺仅为今天的百分之一时,星系不能存在,原因是宇宙的密度能达到今天的100万倍,远远大于现在星系的密度。所以可以推断出,宇宙的结构在某一个时间点之前是不存在的,宇宙的结构也只能是演化的产物,所以大爆炸的发生即宇宙的诞生。

事实上,在100亿至200亿年前的某一个时间点,就是哈勃的发现这个存在一个叫做大爆炸的时刻,而当时宇宙正处于一个无限密度的奇点处。1927年,比利时宇宙学家勒梅特首次提出了宇宙大爆炸假说,而且到目前为止,宇宙大爆炸模型是对宇宙膨胀最佳的描述方式。论文网

哈勃常数又可以当做宇宙的膨胀率,假设膨胀率的值从大爆炸发生时起一直没有变动过,则宇宙学家便可以利用哈伯常数来计算出宇宙膨胀至现有体积所经历的时间,这段时间被称为哈勃时间。目前计算出的哈勃时间为137亿年。然而这并不是宇宙的确切年龄。由于存在部分能影响宇宙膨胀度的因素,所以137亿年是一个过高的估计值。

质量能够产生阻碍宇宙膨胀的引力,是影响宇宙膨胀度的因素之一。因此,天文学家推断膨胀率会随时间的推移而减小,对预计的速度减缓现象进行的数学分析显示宇宙的实际年龄约为现有的哈勃时间的 ,甚至可能只有90多亿年。

1。3 标准宇宙学模型

1967年彭齐亚斯和R。W。威尔逊发现宇宙微波背景辐射后,极大地支持了大爆炸宇宙学模型。如今大爆炸宇宙学模型也已经被世界广泛地接受,并且美誉为“标准宇宙学模型”。

标准宇宙模型时间表1

时间 温度(K) 时期 时间

0 无穷大 奇点 大爆炸

普朗克时期 粒子产生

大统一时期 重子对称形式

强子时期 质子、反质子湮没

轻子时期 电子、电子湮没

原初核合成时期 氦和氚形成

解耦时期 宇宙透明化

第二章 暗物质与暗能量

大爆炸理论在20世纪80年代经历了一次主要的检验,当时粒子物理学家试图用宇宙学方法来理解极高能量下物质的性质,而这种高能状态是他们的例子加速器无法达到的。理论家们认识到宇宙早期可能发生了一系列巨变,也就是相变,相变过程在瞬间使宇宙迅速膨胀。这一个阶段的“暴胀”被认为会使空间的弯曲变得平坦,由此引出宇宙应是平坦的肯定预设。近期关于宇宙仍在加速膨胀的推测,也暗示了神秘的暗能量存在,而暗能量很可能就是早期暴胀阶段的遗存物。

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