宇宙大爆炸假说
古今中外皆关心宇宙时空的过去与未来,而对宇宙的认识也随着科学技术的发展不停地发生着变化。
由于20世纪广义相对论和基本粒子物理的发展以及射电天文和空间技术的进步,人类对宇宙的认识发生了巨大的变革,科学家们认为宇宙处于“动态”,有它的开始、发展和演化。伽莫夫最早提出宇宙的大爆炸假说。
约100亿年前,宇宙差不多是个“点”,经过一次大爆炸,达到难以想象的高温,温度高到连原子都不能存在,仅存在辐射和基本粒子。随着爆炸的膨胀,能量逐步分散且温度降低。
大爆炸后的0s~10^-43s,称为普朗克时代。这时期,自然界的四种力(引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力)是统一的,即只有一种力。
10^-43s~10^-35s,称为大统一时代。这时期,发生一次相变,引力作用分离出来。
10^-35s~10^-4s,称为强子时代。这时期,当温度降至约10^27k时,发生一次相变,强相互作用分离出来。在10^-6s,温度降至10^13k并进一步降低时,核子与反核子相碰而湮灭。但大爆炸的模型认为核子多于反核子,所以核子依然存在。
10^-4s~10s,称为轻子时代。这时期,电子、μ子和中微子占主要地位。
10s~0.5×10^6a(年),称为辐射时代。这时期,更多能量包
含在辐射中。在大爆炸后的2~3min,是质子和中子形成核的时期,最初形成的是轻核。当温度降至3000k以下,电子和原子核不具有足够的能量克服它们间的电磁力时,形成原子。
0.5×10^6a~10^10a,恒星星系形成直至现在。随着宇宙的膨胀,温度进一步降低,随着各种物质、恒星、银河系和其他星系的形成,便进入了当前的世界,而宇宙仍在膨胀。
这便是目前被多数人认同的宇宙大爆炸的标准模型。宇宙膨胀、宇宙氦的丰度的测定结果以及发现的宇宙空间温度约为3k的微波背景辐射这些观测事实均支持上述模型。这表明大爆炸模型确实取得了很高的成就。
最后,这一模型也同样留下了若干疑难问题,等待着人们去探索。