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2017-01-07

高中天文地理:宇宙大爆炸只是一个假说吗?

  精通高中天文地理知识:宇宙大爆炸只是一个假说吗?


  关于宇宙的故事,北斗君已经为大家讲了两期:《哈勃:我来裁定》、《宇宙中遍布着耀眼恒星,为啥夜空没有亮如白昼》,大家是不是已经对哈勃顶礼膜拜啦?


  但是,你造吗?还有一个牛逼哄哄的人,居然在1946年时理直气壮地提出:宇宙诞生于一次大爆炸!

  

精通天文地理知识宇宙大爆炸只是一个假说吗

 

  他为什么说得理直气壮?


  北斗君在前面两期推文中讲到哈勃发现的一个规律,也叫“哈勃定律”:几乎所有的星系都在远离我们,而且离我们越远的星系离开我们的速度也就越快。


  这是什么意思?大家可能对北斗君说:“说人话!”


  人话就是现在的宇宙实际上是在膨胀!而且还是加速膨胀!


  试想,我们的宇宙现在加速膨胀,那反推回去,宇宙应该是膨胀来的,并且膨胀开始的时候,宇宙应该相当小,或许小到一个很小很小的点也是有可能的哎。就算不是小点,那一小陀也行啊。

  

精通高中天文地理知识宇宙诞生于一次大爆炸

 

  宇宙诞生于一次大爆炸


  事实上,伽莫夫就是这么考虑的,经过计算,他得出在宇宙诞生不到200秒的时候,温度应当高达10亿度,这样的高温足以使核反应在瞬间发生。他还认为,早期宇宙应当充满各种辐射,并且这一辐射至今可以被探测到。我们可以称它为宇宙微波背景辐射,对应的温度约为5K。


  伽莫夫简直是太聪明了,不过这个残余温度是5K吗?是吗?是吗?不是,伽莫夫的计算还是有点误差的,目前最为精确的测量应该是2.73K。


  大家又有疑问了,上面的只是伽莫夫的推测而已嘛,那微波背景是否被真正发现了呢?好,那就再讲一个故事。


  贝尔实验室是天文界赫赫有名的一个实验室。1964年,贝尔实验室的两位工程师,彭齐亚斯和威尔逊将一台天线指向天空,想要尝试测量一下天空的无限电噪声。这一尝试可不得了,他们发现,无论将天线指向任何方向:东方、南方、北方、西方、头顶,在测量结果里都有一个3.5K的微波噪声。

  

天文地理知识发现微波背景的天线

 

  发现微波背景的天线


  这难道是天线的误差吗?他们认真检查天线接缝和各种元器件,甚至清理了天线内的鸽子窝,但是这个神秘的噪声依然存在。这噪声究竟从何而来呢?


  然后,他们又经过一年的持续观测,发现这种噪声与地球运动、太阳运动和天空指向都没有关系。他们也在几个不同波长处测量,都得到3.5K的背景噪声,且具有热辐射黑体谱的特征。之后,世界各国的科学家又进行了10年左右的观测,最终确定背景辐射来自宇宙,具有3K左右的黑体辐射谱。


  这一观测成为了支持伽莫夫大爆炸宇宙学的有力证据,也是继哈勃发现星系整体退行之后,宇宙学又一个巨大成就。彭齐亚斯和威尔逊也因此获得了1978年诺贝尔物理学奖。


  宇宙大爆炸的故事真是蜿蜒曲折,北斗君最后做一个总结:


  第一,宇宙大爆炸理论其实并不只是假说,目前有观测证据表明,它是可靠的,微波背景辐射就是最有力的证据之一。


  第二,宇宙微波背景辐射有三个最重要的特点:


  1. 普遍性,即宇宙中到处都有这样的辐射存在,且为2.73K左右;


  2. 各向同性,无论测量哪个方向的微波背景辐射,我们得到的都是2.73K,差别只有万分之一以下;


  3. 黑体谱,微波背景具有黑体谱的特征。黑体谱是个什么鬼?篇幅有限,大家可以自行搜索。


  本文中我们讲了微波背景来自于宇宙早期的残留温度。那么产生这个微波背景的具体过程是怎样的,为什么会从原来是几亿度冷却到现在的2.73K?我们下次再表。

       文章来源【北斗天文网】

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