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有关创世学说的争议 精选

已有 5001 次阅读 2022-8-26 13:45 |系统分类:科普集锦

我们在前面的博文“创世五分钟”里说到了伽莫夫和他的学生阿尔弗试图把宇宙回推到开始时的高温高密状态,从而能从一种叫做伊伦的原始宇宙汤中产生构成自然界的物质成份。显然,他们成功了,在美国物理评论杂志上发表了题目为“化学元素的起源”的知名αβγ论文。他们的工作能很好地预测宇宙中的氢和氦的丰度,也给出了随着膨胀宇宙的温度随时间的变化规律,并预言了当前宇宙的平均温度为5开尔文,即零下268摄氏度。物理学家要想成名,应该多做一些能够预言的工作,一旦预言获得证实,就能成为了不起的科学家。牛顿的万有引力理论预言了哈雷彗星的回归日期,以及海王星的存在;爱因斯坦预言了光线在太阳附近会发生弯曲,他们都成了伟大的科学家。正是这一预言奠定了伽莫夫标准宇宙模型的领导地位。

然而,伽莫夫的理论也有一些缺陷,就是他们只给出了重元素产生的定性解释,而不能定量地解释重元素的生成。他们的结果显示在图1之中。图中的点代表人们通过实验得到的元素丰度,几条实线是他的研究生阿尔弗和赫尔曼利用不同的密度变化规律得到的元素丰度,图中的两个小人是伽莫夫手绘的阿尔弗和赫尔曼的画像。从图中可以看出:他们的工作可以找到密度随时间的变化关系,并因而能推导出宇宙的冷却曲线。不过,他们的工作不能解释元素丰度的分布图,特别是不能解释元素丰度的各种峰状结构。正因为如此,当时这一理论得到了不少科学家们的反对。


伽莫夫的宇宙膨胀理论预测的元素丰度


反对者的代表人物是英国剑桥大学的霍伊尔教授。他是狄拉克教授的研究生,创建了剑桥大学天文学系。霍伊尔等人认为,宇宙是一个静态的宇宙,元素是在恒星中烹饪形成的,而不是在宇宙膨胀过程中产生的。霍伊尔是英国BBC广播电台的科普讲座教授,他在1949年3月28日的一个讲座中讨论了伽莫夫的宇宙创世理论。霍伊尔在节目中指出:宇宙没有一个确切的起点,符合“稳态宇宙模型”。那种认为过去某个特定时间“大爆炸”诞生宇宙万物的假说是荒谬的,不科学的。这就是“大爆炸”学说的由来,令霍伊尔没有想到的是:这个名称反而促进了“大爆炸”学说的推广。

霍伊尔很是个有学问的科学家,他的批判不是仅仅在节目中说一下。霍伊尔为了指出伽莫夫理论的错误之处,他还指导学生瓦格纳编制了大爆炸核合成的网络计算程序,程序的名字是new123.for,该程序现在网上可以下载。程序的计算表明大爆炸核合成仅能产生氢、氦和少量的锂元素。由于缺少A=5稳定核素,元素演化过程很难跳过这个稳定核鸿沟。


宇宙元素合成过程中的鸿沟


此外,霍伊尔也制订了一套较为完整的元素形成理论,这就是B2FH理论。我们将在下文说一下这一理论。




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