第1章 看看宇宙大爆炸(4/18)

宙在第3分钟到第20分钟之间发生了核聚变,质子、中子按照一定的方式核聚变成了氦二、氦三、氦四、锂等。

    3 宇宙微波背景辐射:宇宙微波背景辐射是大爆炸模型极为有力的证据。下面看看它是如何产生的。

    光子与带电荷的粒子会发生相互作用,比如因汤姆孙散射,光子的能量会降低且方向会偏转。宇宙大爆炸后形成了大量自由电子,由于自由电子带电荷,光子撞到自由电子上就会被散射,致使光子不断改变传播方向,这些自由电子如同迷雾般阻碍光子传播,此时宇宙是不透明的。

    大爆炸后37万年,宇宙温度降至3000k,自由电子和质子结合形成氢原子,氢原子整体呈电中性,不会散射光子,于是阻碍消失,光子可无阻碍地长距离自由传播,宇宙也就变得透明了。这些自由传播的光子因空间膨胀不断被拉长,从原来的红外线波段被拉长到微波波段,就形成了宇宙微波背景辐射。

    1948年,天文学家依据大爆炸模型预言存在这种辐射。1964年,贝尔实验室的两位工程师发现了它,并因此荣获1978年诺贝尔物理学奖。如今我们周围就存在大量宇宙微波背景辐射,每立方米空间平均约有4亿颗宇宙微波背景辐射的光子,它们是宇宙中最古老的光,穿越了138亿年才来到我们身边,静静诉说着宇宙大爆炸的故事。

    4 宇宙年龄的计算:天文学家通过哈勃红移、宇宙微波背景辐射这两种独立的原理和不同方法,分别计算出宇宙年龄,发现二者结果差距不大,都在138亿年左右。并且测量大量古老天体的年龄,在误差允许范围内,没有一个天体年龄超过138亿年。这间接证明宇宙在138亿年前可能发生过一次重大事件。

    5 模拟宇宙演化与观测结构相符:天文学家利用大爆炸模型模拟宇宙几亿年的演化过程,发现其能生成一种网状天体结构,这与目前天文望远镜观测到的超星系团、星系长城、空洞等大尺度纤维结构是一致的。

    6 中微子背景辐射预测准确:大爆炸模型预测存在温度为195k的中微子背景辐射。2015年在宇宙微波背景辐射(b)上间接发现了温度为196k的中微子背景辐射,理论预测值195k与实测值196k较为接近,可见大爆炸
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