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几个世纪以来，人类一直凝视着星星，想知道宇宙是如何发展成今天这个的。它一直是宗教、哲学和科学讨论和辩论的主题。试图揭开宇宙发展奥秘的人包括阿尔伯特·爱因斯坦、埃德温·哈勃和斯蒂芬·霍金等著名科学家。宇宙发展最著名、被广泛接受的模型之一是大爆炸理论。那么，什么是大爆炸理论？宇宙大爆炸理论是怎样发现的？大爆炸理论有何意义？大爆炸理论有何缺陷？我将在下面做详细回答。虽然大爆炸理论众所周知，但它也被广泛误解。关于这个理论的一个常见误解是，它描述了宇宙的起源。这不太正确。大爆炸试图解释宇宙是如何从一个非常微小的，密集的状态发展到今天。它并没有试图解释宇宙的产生，或者大爆炸之前出现什么，甚至宇宙外的东西。另一个误解是，大爆炸是一种爆炸。那也不准确。大爆炸描述了宇宙的膨胀。虽然该理论的某些版本指的是难以置信的快速膨胀（可能比光速快），但它在经典意义上仍不是爆炸。总结大爆炸理论是一个挑战。它涉及的概念与我们看待世界的方式相矛盾。大爆炸的最初阶段集中在一个时刻，在这个时刻，宇宙的所有独立力量都是统一力量的一部分。你再往后看，科学定律开始分解。最终，你不能对正在发生的事情提出任何科学理论，因为科学本身并不适用。那么，简而言之，大爆炸理论是什么？大爆炸大爆炸理论描述了宇宙从刚一出现到今天的发展。这是几个科学模型之一，试图解释什么是宇宙。该理论做出了几种预测，其中许多已经通过观测数据得到证实。因此，它是关于我们宇宙发展的最流行和公认的理论。在谈论大爆炸时，最重要的概念是膨胀。许多人认为，大爆炸是宇宙中所有物质和能量都集中在一个小点上的时刻。然后这一点爆炸了，在太空中散射物质，宇宙诞生了。事实上，大爆炸解释了空间本身的膨胀，这反过来又意味着空间内所含的一切正在分散于其他一切。下面的插图应该会有所帮助。今天，当我们看着夜空时，我们看到星系被巨大的空旷空间隔开。在大爆炸的最初时刻，我们观察到的所有物质、能量和空间被压缩到零体积和无限密度的区域，宇宙学家称之为奇点。大爆炸开始时宇宙是什么样子的？根据这个理论，它是极其密集和极热的。在最初的几分钟里，宇宙中有那么多的能量，正如我们所知，它不可能形成。但是宇宙迅速膨胀，这意味着它变得不那么密集和冷却。随着它的扩大，物质开始形成，辐射开始失去能量。仅仅几秒钟，宇宙就形成了一个横跨太空的奇点。大爆炸的一个结果是宇宙中四种基本力量的形成。这些力是：电磁力强核力弱核力引力在大爆炸开始时，这些力都是统一力的一部分。就在大爆炸开始后不久，力才分裂成今天这样。这些力如何曾经是一个统一的整体的一部分，对科学家来说是一个谜。许多物理学家和宇宙学家仍在研究形成大统一理论，该理论将解释这四种力是如何曾经统一的，以及它们是如何相互关联的。大爆炸理论从何而来大爆炸理论是研究宇宙的两种不同方法的结果：天文学和宇宙学。天文学家使用仪器观测恒星和其他天体。宇宙学家研究宇宙的天体物理学特性。在19世纪，天文学家开始试验称为光谱仪的工具（也称为光谱仪）。光谱仪是将光分为其分量波长光谱的装置。光谱仪显示，来自特定材料的光，如氢的发光管，总是产生与该材料所特有的波长相同的分布。很明显，通过观察光谱仪的波长分布，你可以找出光源中有哪些元素。与此同时，奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒发现，声波的频率取决于声源的相对位置。当一个嘈杂的对象接近你时，它产生的声波会压缩。这将改变声音的频率，因此您将声音感知为不同的音调。当物体离开你时，声波会伸展，音高就会下降。天文学家发现一些恒星落入光谱红色部分的光比他们预期的要多。他们推测，这意味着恒星正在远离地球。当恒星移开时，它们发出的光的波长会拉伸。它们转移到光谱的红色端，因为那一端的波长较长，宇宙学家称这种现象为红移。恒星的红移表明它离地球的速度有多快。越接近光谱的红色端，光移越快。红移和蓝移在20世纪20年代，一位名叫埃德温·哈勃的天文学家注意到了一些有趣的事情。恒星的速度似乎与其与地球的距离成正比。换句话说，一颗恒星离地球越远，它似乎离我们越远。哈勃推测，这意味着宇宙本身正在膨胀。哈勃的发现引发了一场旷日持久的争论，这场辩论今天仍然很激烈：一个遥远的天体的速度与它与观察者的距离之间究竟是什么关系？宇宙学家称这种关系为哈勃常数，但没有人同意这种关系是什么。哈勃推测，它是公里/（秒·百万秒差距）。原来哈勃高估了这个数字。这是因为在哈勃时代，天文仪器不够灵敏，无法精确测量地球和天体之间的距离。随着仪器的改进，科学家们完善了哈勃常数，但关于哈勃常数的实际价值的争论仍在激烈进行。这一切与大爆炸理论有什么用？关于大爆炸的更多故事哈勃推测宇宙会随着时间的流逝而膨胀。这意味着，数十亿年前，宇宙会更小，更密集。如果你回到足够远的地方，宇宙就会坍塌成一个密度无限的区域，包含宇宙的所有物质、能量、空间和时间。从某种意义上说，大爆炸理论是落后工程的结果。有些人对这个理论有真正的问题。其中包括著名的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦。爱因斯坦认为宇宙是静止的，静态宇宙不会改变。它一直是，而且将永远是相同的。爱因斯坦希望他的广义相对论能使他对宇宙的结构有更深入的了解。完成他的理论后，爱因斯坦惊奇地发现，根据他的计算，宇宙将不得不膨胀或收缩。由于这与他的宇宙是静止的念信相冲突，他四处寻找一个可能的解释。他提出了一个宇宙常数——一个在广义相对论中包括的数字，解释了宇宙膨胀或收缩的明显必要性。当面对哈勃的发现时，爱因斯坦承认他错了。宇宙似乎正在膨胀，爱因斯坦自己的理论也支持这一结论。理论和观察产生了一些预测，其中许多已经观察到。其中一个预测是，宇宙是同质的和各向异性的。从本质上讲，这意味着宇宙看起来一样，无论观察者的视角如何。在本地化的级别上，此预测似乎是错误的。毕竟，并不是每颗恒星都有像我们这样的太阳系。并不是每个星系看起来都一样。但是在跨越数百万光年的宏观层面上，宇宙中物质的分布在统计上是均匀的。这意味着即使你横跨宇宙，你对宇宙结构的观测也会和地球上的一样。另一个预测是，在大爆炸的最初阶段，宇宙会非常热。这一时期的辐射会非常大，而且必须有一些证据来证明这种辐射遗留下来了。由于宇宙必须是同质的和各向异性的，证据应该均匀地分布在整个宇宙中。科学家早在20世纪40年代就发现了这种辐射的证据，尽管当时他们并不知道自己发现了什么。直到20世纪60年代，两个独立的科学家小组才发现我们现在所说的宇宙微波背景辐射（CMB）。CMB是大爆炸中原始火球释放的强烈能量的残余物。宇宙曾经非常炎热，但现在已经冷却到2.度开尔文（-.4摄氏度或-.8华氏度）。这张宇宙微波背景辐射的图像是由威尔金森微波各向异性探测器拍摄的。美国宇航局这些观测结果有助于巩固大爆炸理论作为宇宙演化的主要模型。宇宙大爆炸的第一秒由于科学定律的局限性，我们不能对宇宙的产生作出任何猜测。相反，我们可以看看宇宙诞生之后的时期。现在，科学家谈论的最早时刻发生在t=1x10^(-43)秒（t代表宇宙诞生后的时间）。剑桥大学将这些最早时刻的研究称为量子宇宙学。在大爆炸的最初时刻，宇宙太小了，以至于经典物理学并不适用于它。相反，量子物理学正在发挥作用。量子物理学在亚原子尺度上处理物理学。对我们来说，量子尺度上的粒子行为似乎很奇怪，因为这些粒子似乎违背了我们对经典物理学的理解。科学家们希望发现量子物理学和经典物理学之间的联系，这将给我们更多的关于宇宙工作原理的信息。在t=1x10^(-43)秒，宇宙是令人难以置信的小，密集和热。宇宙的这个同质区域跨度只有1x10^(-33)厘米。今天，同样的空间跨越了数十亿光年。在这个阶段，大爆炸理论家认为，物质和能量是分不开的。宇宙的四种主要力量也是一个统一的力。这个宇宙的温度是1x10^32开尔文。随着一秒的微弱时间流逝，宇宙迅速膨胀。宇宙学家将宇宙膨胀称为膨胀。宇宙在不到一秒钟内大小翻了几倍。随着宇宙的膨胀，它冷却了。在大约t=1x10^(-35)秒时，物质和能量分离。宇宙学家称这种重子成因——重子物质是我们能够观察到的物质。相反，我们不能观察暗物质，但我们知道暗物质的存在方式是它影响能量和其他物质。在重子成因期间，宇宙中充满了几乎相等的物质和反物质。物质多于反物质，因此，虽然大多数粒子和反粒子相互毁灭，但有些粒子幸存下来。这些粒子后来会结合形成宇宙中的所有物质。粒子宇宙学的一个时期遵循了量子时代。此周期从t=1x10^(-11)秒开始。这是一个阶段，科学家可以在实验室条件下用粒子加速器重新创建。这意味着我们有一些关于宇宙在这个时候一定是什么样子的观测数据。统一分成了部分。电磁力和弱核力的力分裂。光子的数量超过了物质粒子，但宇宙太密集，光无法在其内发光。接下来是标准宇宙学时期，在大爆炸开始后开始0.01秒。从这一刻起，科学家们认为对这一阶段的宇宙进化掌握得很好。宇宙继续膨胀和冷却，在巴约成因过程中形成的亚原子粒子开始结合在一起。它们形成了中子和质子。到一秒钟过去时，这些粒子可以形成光元素的原子核，如氢（以其同位素、铀、氦和锂的形式）。这个过程被称为核合成。但是宇宙仍然过于密集和炎热，电子无法加入这些原子核并形成稳定的原子。那是忙碌的第一秒。接着我们将了解未来亿年发生了什么。未来亿年大爆炸的第一秒发生了很多事。但这仅仅是故事的开始。秒后，宇宙的温度冷却到10亿开尔文（10亿摄氏度，18亿华氏度）。亚原子粒子继续结合。按质量，元素的分布约为75%的氢核和24%的氦核（其他百分比由锂等其他光元素组成）。宇宙的温度仍然太高，电子无法与原子核结合。相反，电子与其他称为正电子的亚原子粒子相撞，产生更多的光子。但是宇宙太密集了，不能让光在它里面发光。宇宙继续膨胀和冷却。大约56，年后，宇宙冷却到9，开尔文（8，摄氏度，华氏15，度）。此时，宇宙中物质分布的密度与辐射密度相匹配。又过了，年，宇宙已经膨胀到3度开尔文（摄氏度，华氏度）。最后，质子和电子可以结合形成中性氢原子。正是在这个时候，在最初的事件38万年之后，宇宙变得透明。光可以照耀整个宇宙。人类后来鉴定为宇宙微波背景辐射的辐射锁定到位。今天，当我们研究CMB时，我们可以推断出宇宙当时的样子。在接下来的一亿年左右，宇宙继续膨胀和冷却。小的引力波动导致物质粒子聚集在一起。引力使宇宙中的气体坍塌成密密心。随着气体的收缩，它们变得越来越稠密和热。宇宙最初诞生约1亿至2亿年后，恒星由这些气体区形成。恒星开始聚集在一起形成星系。最终，一些恒星成为超新星。当恒星爆炸时，它们在宇宙中喷出物质。这件事包括我们在自然界中发现的所有较重的元素（一切到铀）。星系反过来形成了自己的星团。我们自己的太阳系形成于大约46亿年前。今天，宇宙的温度是2.开尔文，仅比绝对零度高出几度。我们可以理论的宇宙中的同质部分达到1x10^29厘米宽。这比我们使用最先进的天文仪器进行物理观测要大。大爆炸告诉我们什么？一些宇宙学家使用大爆炸理论来估计宇宙的年龄。但由于测量技术不同，并非所有宇宙学家都同意实际年龄。事实上，范围跨越超过十亿年！宇宙正在膨胀的发现导致了另一个问题。它会永远扩展吗？会停止吗？会逆转吗？根据广义相对论，这一切都取决于宇宙中有多少物质。它归结为引力。引力是物质粒子之间的引力。一个物体对另一个物体施加的引力量取决于两个物体的大小和它们之间的距离。如果宇宙中有足够的物质，引力最终将减缓膨胀，导致宇宙收缩。宇宙学家将这个指定为具有正曲率的封闭宇宙。但是，如果没有足够的物质来扭转膨胀，宇宙将永远膨胀。这样的宇宙要么没有曲率，要么没有负曲率。根据大爆炸理论，宇宙没有中心。宇宙中的每一个点都和每个其他点一样，没有集中的位置。这是难以想象的，但它是一个既均匀又各向异性的宇宙的要求。从我们的角度来看，宇宙中的一切似乎都在以大爆炸所暗示的方式移开。另一种理论是地球本身是宇宙的中心，这将解释为什么其他一切都在移动。宇宙学家否定了这个理论，因为我们几乎不可能占据整个宇宙的中心点。还有一些非常大的问题，大爆炸理论没有解决：大爆炸前发生了什么？根据我们对科学的理解，我们不能知道。当我们接近t=0秒时，科学定律就打破了。事实上，由于广义相对论告诉我们空间和时间是耦合的，时间本身就不复存在了。由于这个问题的答案不在科学可以解决的参数之外，我们不能真正假设它。宇宙之外有什么？同样，这是科学无法解决的问题。这是因为我们不能观察或测量任何位于宇宙边界之外的东西。宇宙可能在其他结构内膨胀，也可能不在扩展，但我们不知道这两种方式。宇宙的形状是什么？关于宇宙可能具有什么形状，有许多理论。一些人认为宇宙是无限的，没有形状的。其他人认为宇宙是有界的。大爆炸理论没有具体解决这个问题。不是每个人都赞同大爆炸理论。为什么他们不同意这个理论，我们的宇宙的一些替代模型是什么？继续阅读，看看怀疑论者怎么说。大爆炸理论的问题自从科学家首次提出大爆炸理论以来，许多人质疑和批评了这一模型。以下是对大爆炸理论的一些最常见的批评：它违反了热力学的第一定律，即你不能创造或破坏物质或能量。批评者声称，大爆炸理论表明宇宙是一无所有。大爆炸理论的支持者说，这种批评是没有道理的，原因有二。第一，大爆炸不涉及宇宙的产生，而是宇宙的演化。另一个原因是，由于科学定律随着宇宙的创造而崩溃，没有理由相信热力学的第一定律会适用。一些批评家说，恒星和星系的形成违反了熵定律，这表明随着时间的推移，变化系统变得不那么有条理。但是，如果你认为早期的宇宙是完全同质和各向异性的，那么目前的宇宙显示出遵守熵定律的迹象。一些天体物理学家和宇宙学家认为，科学家曲解了天体红移和宇宙微波背景辐射等证据。一些人引用说，根据这个理论，这些天体应该不是大爆炸的产物。大爆炸的早期通胀时期似乎违反了这样的规则，即没有什么比光速更快。支持者对这种批评有一些不同的反应。其一，在大爆炸开始时，相对论并不适用。因此，旅行速度高于光速没有问题。另一个相关的反应是，空间本身的膨胀速度可以快于光速，因为空间不属于引力理论的范畴。有几个替代模型试图解释宇宙的发展，尽管没有一个模型有比大爆炸理论那么广泛的接受：宇宙的稳定状态模型表明，宇宙总是有并且将永远具有相同的密度。该理论通过暗示宇宙以与宇宙膨胀速度相称的速度产生物质来调和宇宙正在膨胀的明显证据。Ekpyrotic模型表明，我们的宇宙是两个三维世界在隐藏的第四维度上碰撞的结果。它与大爆炸理论并不完全冲突，因为经过一段时间后，它与大爆炸理论中描述的事件一致。大反弹理论表明，我们的宇宙是一系列宇宙之一，首先膨胀，然后再次收缩。几十亿年后，这个循环会重复。等离子体宇宙学试图用宇宙的电动力学特性来描述宇宙。等离子体是一种电离气体，这意味着它是一种具有自由漫游电子的气体，可以导电。还有其他几种型号。这些理论之一（或其他我们甚至没有想到的理论）有一天会取代大爆炸理论作为宇宙的公认模型吗？这是完全可能的。随着时间的流逝，我们研究宇宙的能力也提高了，我们将能够对宇宙的演化做出更准确的模型。

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