||
暗物质就是场物质,都是由正反粒子构成。正反粒子偶极子仅仅是隐身而非湮灭。解密暗物质与场物质,就能够解释您所了解的任何物理与天文观测,绝对不会再有任何不自洽或矛盾。《暗物质与宇宙模型》一书解密了场物质与暗物质,并轻松解密了一黑两暗三起源以及众多物理学与天文学重大谜题。
139宇宙大爆炸模型
宇宙大爆炸模型认为宇宙是由一个致密炽热的奇点于138亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1927年,比利时天文学家和宇宙学家勒梅特首次提出宇宙大爆炸假说。1929年,美国天文学家哈勃根据假说提出星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。
宇宙大爆炸模型认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出宇宙大爆炸模型。爆炸之初,物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀,导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却,逐步形成原子、分子,并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各种各样的恒星和星系,最终形成如今所看到的宇宙。
大爆炸理论的建立基于两个基本假设:物理定律的普适性和宇宙学原理。宇宙学原理是指在大尺度上的宇宙是均匀且各向同性的。这些观点起初是作为先验的公理被引入的,现今已有相关研究工作试图对它们进行验证。例如对第一个假设而言,已有实验证实在宇宙诞生以来的绝大多数时间内,精细结构常数的相对误差值不会超过10-5。此外,通过对太阳系和双星系统的观测,广义相对论已经得到了非常精确的实验验证;在更广阔的宇宙学尺度上,大爆炸理论在多个方面取得的成功也是对广义相对论的有力支持。
假设从地球上看大尺度宇宙是各向同性的,宇宙学原理可以从一个更简单的哥白尼原理中导出,哥白尼原理是指不存在一个受偏好的观测者或观测位置。
在大爆炸提出的初始阶段,西方科学界普遍坚持宇宙和物质是恒定不变、无始无终的。因此对于所有涉及宇宙和万物“有一个起点”的理论一概不予承认。爱因斯坦在总结引力场方程时发现公式能推导出宇宙其实是一个有着从未停止的物质变化的动态宇宙,于是在该公式中又强加了一个“宇宙常数”,以维持静态宇宙的计算结果。
1922年,美国天文学家埃德温·哈勃观测到“红移现象”后,“宇宙膨胀”的观点开始形成。1929年,埃德温·哈勃总认为不管您往哪个方向看,远处的星系正急速地远离地球而去。换言之,宇宙正在不断膨胀。事实上,似乎在大约100亿年至200亿年之前的某一时刻,它们刚好在同一地方,所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻,当时宇宙处于一个密度无限的奇点。
根据宇宙大爆炸模型,早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体,温度极高,密度极大,且以很大的速率膨胀着,这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志,因而被称为宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低,使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
1964年,美国贝尔电话公司的彭齐亚斯和威尔逊,在调试巨大的喇叭形天线时,出乎意料地接收到一种无线电干扰噪声,各个方向上信号的强度都一样,而且历时数月而无变化。他们把天线拆开重新组装,依然接收到这种无法解释的噪声,这种噪声的波长在微波波段,对应于有效温度为3.5K的黑体辐射出的电磁波(它的谱与达到某种热平衡态的熔炉内的发光情况精确相符,这种辐射就是物理学家所熟知的黑体辐射)。他们分析后认为,这种噪声肯定不是来自人造卫星,也不可能来自太阳、银河系或某个河外星系射电源,因为在转动天线时,噪声强度始终不变。后来,经过进一步测量和计算,得出辐射温度是2.7K,一般称之为3K宇宙微波背景辐射。这一发现,使许多从事宇宙大爆炸模型研究的科学家获得了极大的鼓舞。因为彭齐亚斯和威尔逊等人的观测与理论预言的温度接近,正是对宇宙大爆炸模型的一个非常有力的支持。这是继1929年哈勃发现星系谱线红移后的又一个重大的天文发现。宇宙微波背景辐射的发现,为观测宇宙开辟了一个新领域,也为各种宇宙模型提供一个新的观测验证,它因此被列为20世纪60年代天文学四大发现之一。
知道某时刻的热辐射温度,由热大爆炸理论很容易计算出宇宙诞生后约1秒时各处的温度约为100亿度,这对现有的原子核的合成来说也是太高了。那时物质必定被撕裂成最基本的成分,诸如质子、中子和电子等。但是,随着变冷,核反应就可能出现了。采用大爆炸模型可以计算氦-4、氦-3、氘和锂-7等轻元素相对普通氢元素在宇宙中所占含量的比例。所有这些轻元素的丰度都取决于一个参数,即早期宇宙中光子与重子的比例,这个参数的计算与宇宙微波背景辐射涨落的具体细节无关。宇宙大爆炸模型所推测的轻元素比例(这里是元素的总质量之比而非数量之比)大约为:氦-4/氢=0.25,氘/氢=10-3,氦-3/氢=10-4,锂-7/氢=10-7。实际测量到的各种轻元素丰度和从光子重子比例推算出的理论值加以比较,可以发现它们是粗略符合的。其中理论值和测量值符合最好的是氘元素,氦-4的理论值和测量值接近但仍有差别,锂-7则是差了两倍,对于后两种元素的测算存在着较大的系统随机误差。尽管如此,宇宙大爆炸模型所预测的轻元素丰度与实际观测可以认为是基本符合的,这是对宇宙大爆炸模型的强有力支持。到目前为止,还没有其他理论能够很好地解释并给出这些轻元素的相对丰度。同时,由大爆炸理论所预言的宇宙,其中可被“调控”的氦元素含量为现有丰度的20%至30%。事实上,很多观测结果现今也只有大爆炸理论可以解释,例如为什么早期宇宙中氦的丰度要高于氘,氘的含量又要高于氦-3,且比例又是常数等。
2014年3月17日,美国物理学家宣布首次发现了宇宙原初引力波存在的直接证据。原初引力波是爱因斯坦于1916年发表的广义相对论中提出的,它是宇宙诞生之初产生的一种时空波动,随着宇宙的演化而被削弱,科学家认为原初引力波如同创世纪大爆炸的“余响”。原初引力波可以帮助人们追溯到宇宙创生之初的一段极其短暂的急剧膨胀时期,即所谓“暴涨”。广义相对论提出近百年来,源于它的其他重要预言如光线弯曲、水星近日点进动以及引力红移效应等都被一一证实,引力波却始终未被直接探测到,问题就在于其信号极其微弱,技术上很难测量。美国哈佛-史密森天体物理学中心等机构物理学家利用架设在南极的BICEP2望远镜,观测宇宙大爆炸的“余烬”——宇宙微波背景辐射。计算表明,原初引力波作用到微波背景光子,会产生一种叫做B模式的特殊偏振模式,其他形式的扰动,都产生不了这种B模式偏振,因此B模式偏振成为原初引力波的“独特印记”。观测到B模式偏振即意味着引力波的存在。南极是地球上观测宇宙微波背景辐射的最佳地点之一。研究人员在这里发现了比“预想中强烈得多”的B模式偏振信号,随后经过3年多分析,排除了其他可能的来源,确认它就是原初引力波导致的。2016年年初,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和欧洲引力波天文台(VIRGO)的科学家联合宣布,他们探测到了两个约为30倍太阳质量的黑洞在13亿年前的合并产生的引力波。
然而,对于大爆炸后最初的几分钟,相关的观测严重缺乏,最早期宇宙物质——能量的实际形式很大程度上仍只是猜测。大一统理论预测了特定类型的粒子,超弦、超对称、超引力以及其他多维理论都预测了各自原初粒子及作用力。物质对反物质的绝对优势也是一个需要透彻说明的经验性事实。
作为目前最被认可的宇宙模型,大爆炸整体循环的机制仍不完备,究竟大爆炸循环需要经历哪些阶段仍不明确,因此至今也没有估算出下一次大爆炸的时间与过程。具体的阶段形成过程与触发机制仍不健全。例如,大爆炸奇点的形成仍缺乏有效机制,违背了现有的力学机理、能量传递机制等。
宇宙大爆炸仍缺乏实际观测数据,唯一得到证明的是红移与距离成正比。依据这一前提,所有星系都加速远离地球的推论是认为星系红移是多普勒的运动红移。多普勒效应运动红移认为物体辐射的波长因波源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面,波长变短,频率升高,即产生蓝移。在运动的波源后面时,波长变长,频率降低,即产生红移。然而,大量的实验与观测表明多普勒效应也可以用波在介质中传播的衰减理论解释。波在介质中传播,会出现波散现象,随距离增加,短波向长波移动。运动频移与运动速度成比例关系,且远离为红移,走近为蓝移;衰减频移不同,衰减频移与距离成比例关系,且只有红移,没有蓝移。这与星系红移完全一致。
宇宙大爆炸的另一个观测证据是宇宙微波背景辐射。目前有观点认为只要有场态粒子的地方就会有这种宇宙微波背景辐射;这种宇宙微波背景辐射程度与场态粒子的密度和温度相关,密度和温度不同则波长不同。另外,如果宇宙微波背景辐射是来自宇宙的辐射,那么这种辐射是可以进行电磁屏蔽的。场态粒子散布整个宇宙,渗透进任何物质,在任何位置都会进行热运动与热辐射,因此宇宙微波背景辐射无法屏蔽,且只有宇宙微波背景辐射无法屏蔽。
一些人为了维护这个新版地心说,用拉动橡皮筋来解释。散布在空间的物质不是橡皮筋,空间的物质运动,尤其是宏观物质运动规律需要用牛顿定律来解释,绝不能用胡克定律解释空间物质的运动问题。这种似是而非的解释,就是在混淆视听。再强调一下是所有星系,没有任何例外,它们的退行速度等速球面的中心都位于地球,这种彻头彻尾的地心说听起来就有些滑稽,具有一定的主观性。
《暗物质与宇宙模型》全书下载链接:
链接:https://pan.baidu.com/s/12h9DDEHZBBStu1voq9Wpmg?pwd=us6j
《暗物质与宇宙模型》超精简版PPT
链接: https://pan.baidu.com/s/1Zp5A-LzBygGHRKEq31GpCw?pwd=73dq
《和平与发展》全书下载
链接:https://pan.baidu.com/s/1cgCYm0EEaYOzNzylsrAtuA?pwd=cxkq
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2025-1-10 16:31
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社