地球科学概论 论文

宇宙大爆炸

姓名：窦浩学号：410105000425 院系：管理科学与工程学院我们现今生活在这颗斑斓多姿的蓝色星球上，她给我们人类提供了充足的食物、氧气、水，给予我们赖以生存的良好环境，人类才能连续不断的繁衍生存下去。而我们所了解的宇宙大爆炸是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。

（1）、何处是中心

2006年，瑞典皇家科学院授予美国科学家约翰马瑟和乔治斯穆特本年度的诺贝尔物理学奖，以表彰他们在宇宙微波背景辐射的黑体谱形及其温度在恐慌间不同方向的微小变化。他们通过用COBE卫星的精确观测为宇宙大爆炸理论提供了有力的证据。而后来大爆炸理论的确立，也为人们对宇宙的起源有了更深一层的认识。几千年来，人们对宇宙的观察从肉眼发展到望远镜和人造卫星，观察视野也从太阳系扩展到银河系和河外星系，但对宇宙的认识则经历了蒙昧的神话，古代哲人的猜测，文艺复兴以来的科学革命。直到20世纪，现代宇宙学的诞生，显示约一百四十亿年前，宇宙从极端高温高密的一个点起源，随着体积的膨胀和温度的下降，以质子中子等基本粒子形态结合，最后形成恒星。同时也伴随着行星的产生，最终像地球这样条件

适合的行星上演化出生命。三国时徐整所著的《三五历记》，记录了盘古开天辟地的神话，描绘出天地之间相隔九万里。而在公元前五世纪，几何学家毕达哥拉斯从球形是完美的几何形观点认为地球是球形的，而且所有天体都是球形的，呈匀速圆周运动，地球是宇宙的中心。公元一百四十年前，埃及的亚历山大城里出了一位希腊籍的天文学家——托勒密。他提出了一个完整的地心体系，他把自己看到的七个天体，认为他们各自沿离地球不同距离进行轨道运动，都是顺时针方向旋转，为了解释观察到的天体的运动，提出了本轮、均轮来解释天体的运动。到十六世纪时，波兰天文学家哥白尼提出了相反的观点，认为地球应该围绕太阳旋转，而不是太阳围绕地球旋转。最后哥白尼的日心体系改写了托勒密延续千年的宇宙模型，开启了宇宙学革命性的一刻。然而哥白尼仍延续了托勒密体系中行星以匀速做圆周运动的思想。之后德国科学家开普勒为日心说找到了新的证据，宣布以第古留下的精密观测资料，发现行星是沿着椭圆轨道围绕太阳运动。开普勒的发现结束了天体必须以匀速圆周运动的传统观点，并彻底清除了哥白尼体系中的本轮和均轮，宣告地心说的终结。后来伽利略用改装的望远镜来观察天体，开始怀疑以前的观念及其理论。接着牛顿对望远镜进行了改进，并进入了剑桥大学，开始思考天体运动的科学。牛顿发现了万有引力定律，并应用于天体运动。万有引力让宇宙中所有的行星都保持运动，宇宙也因此而永恒不变。随着科学技术的不断进步，哈雷认为通过改装的望远镜可以计算出太阳到地球的距离。在得知太阳到地球的距离为一点五亿公里。接着又出现测算恒星间的距离。在

测算恒星距离时出现了一系列问题。

（2）、给我证据

艾德温·哈勃在口径为二点五四米的望远镜前观测，并锁定在仙女座大云星座，开辟了人类认知宇宙的新局面。一九零五年，德国犹太人爱因斯坦提出了狭义相对论。十年之后，他又发表了广义相对论。相对论同量子论一起，推动了二十世纪物理学的革命。也为从整体研究哈勃发现的星系宇宙奠定了理论基础。二十世纪以前，是建立在牛顿绝对时空观的基础上，爱因斯坦发现了时间与空间是不可分割的统一体。两个物体间的相互作用并不是直接产生引力，而是每个物体对周围的时空产生影响。而数学家欧几里德，发展了欧式几何，其中的第五公设，可以推出三角形的三个内角之和为180度，叫做平直空间。

19世纪初，高斯、鲍耶、罗巴切夫斯基等人认识到，除了平直空间以外，没有第5公设的非平直空间在逻辑上是可能的。非欧几何虽然被发现了，但在爱因斯坦之前，它仅仅是理论上可能。通过牛顿的理论所描绘出的宇宙在时间上和空间上都是无限的，爱因斯坦利用非欧几何里提出了一个宇宙模型。但很快有人反对爱因斯坦的静态宇宙模型，弗里德曼、乔治·勒梅特、赫丽塔·勒维特等人提出不同观点，而哈勃用同样的方法，根据多普勒效应，所有的星系都在远离我们，而且离我们越远的星系，退行的速度也越快，成为人们公认“哈勃定律”。其重要意义在于，它显示出宇宙中的星系，像一个膨胀气球上的斑点，彼此分散那样运动，从而为弗里德曼和勒梅特的膨胀

宇宙模型提供了观测依据。而剑桥大学的弗里德·霍伊尔和戈尔德一起，提出了与大爆炸理论完全对立的”稳恒态宇宙”理论，提出了所谓完美宇宙学原理的假设：认为宇宙不仅在空间上均匀，而且面貌不随时间改变。

霍伊尔的另一质疑是：勒梅特并没有具体说明”原始原子”的究竟，人们在其实这也是间接支持了后面所发展的大爆炸理论：我们每个人都曾经是某颗恒星中的一部分，生命，也由此产生。（3）、宇宙的密码

前苏联科学家乔治·伽莫夫，在勒梅特”原始原子”的基础上另辟蹊径，提出，宇宙中的氦，主要是在大爆炸后不久的高温条件下合成的理论。这个观点，给了大爆炸理论有力的支持。

普林斯顿大学的狄基教授，，他认为宇宙既不像霍伊尔他们认为的是一个永恒不变的处在稳恒态的宇宙，也不像勒梅特和伽莫夫他们所认为的是由惟一的一次大爆炸而产生的，他认为宇宙是处在一种膨胀收缩再膨胀的过程。而“宇宙微波背景辐射”也就是大爆炸痕迹的发现，是继哈勃发现宇宙膨胀之后，宇宙学研究上的又一个重大突破。霍金和彭洛斯在论文中证明，黑洞和宇宙大爆炸是不可避免的。而此时大爆炸理论已接近完整。

（4）、宇宙的模样

对于狄基来说，微波背景辐射的发现，并不意味着宇宙大爆炸理论就没有问题了。1978年，狄基提出了一个关于宇宙学的问题，这个问题跟宇宙空间的几何形状有关。1979年，古思等人在研究中发现，在宇宙大爆炸中有可能产生非常多的磁单极，并且会一直存留到现在。古思为这种发生在宇宙早期的指数膨胀，叫做”暴胀“。当古思提出他的暴胀理论的时候，科学家们早已发现，宇宙中还存在着一种神秘的不发光的物质即暗物质。

上个世纪90年代初，由劳伦斯·伯克利实验室的索尔·珀尔米特领导的超新星宇宙学研究组，开始在茫茫太空中，寻找远处的超新星。不久，由霍普金斯大学的亚当·瑞斯等人组成的，高红移超新星研究组，也加入了竞争的行列。这两个小组的天文学家吃惊地发现，遥远超新星的亮度比预期的暗。这意味着这些超新星的距离比预期的要远。按照过去的理论，由于引力的作用，宇宙的膨胀速度会越来越低，而普通的物质，甚至暗物质都只产生引力使宇宙的膨胀减速，但有一些非常特别的物质能产生斥力，使宇宙的膨胀加速，这个物质我们先叫它暗能量。

当年爱因斯坦引入的宇宙学常数就是一种暗能量。迄今为止，天文学家也不敢肯定，暗能量就是宇宙学常数。有许多关于暗能量的假说，但是都不能很好的解释它的性质。暗能量的发现，如此出乎人们的预料，1998年，它被评为当年度的世界十大科学发现之首。

2001年6月30日，美国航空航天局的MAP卫星发射升空。卫星被送到距离地球一百多万公里的拉格朗日点上，在这里，太阳、地球、卫星始终在一条线上。卫星背向太阳和地球缓缓扫描着天空，收集着来自宇宙深处的数据。2002年9月，威尔金森因病不幸去世，未能亲眼看到卫星数据的发表。以纪念威尔金森的贡献。

2003年，WMAP第一年观测的数据发表了，观测结果的精度大大提高，与气球的实验结果也非常一致。宇宙空间是平直的，暴胀理论得到了初步的证实。同时，宇宙的年龄和大尺度结构问题在这个理论框架内也得到了完满的解决。《科学》杂志把这评价为2003年度最重大的科学进展。

我们终于了解到，宇宙是在大约140亿年前由一次大爆炸所产生，宇宙中30%是物质，70%是我们还不知道究竟是什么的暗能量所构成，而在宇宙中由闪烁星星所组成的明亮星系它们的分布并不均匀，此外的我们还知道宇宙的究竟是平直，它还在加速膨胀。

结束语：虽然大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样，按照大爆炸理论，宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程，从大爆炸到黑洞的周而复始，便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。但这只是一个设想，并不是一个完美的理论。