第三百一十六篇 重回终南山二十

    具有讽刺意味的是，大爆炸理论的名称却是来自hye提到勒梅特的理论时所用的称呼，他在公元一九四九年三月的一期bbc广播节目《物质的特性》中，将mlt等人的理论称作“这个大爆炸的观点”。之后的许多年，这两种理论并立，但射电源计数等一系列观测证据使天平逐渐向大爆炸理论倾斜。

    公元一九六五年，宇宙微波背景辐射的发现和确认更使绝大多数物理学家都相信：大爆炸是能描述宇宙起源和演化最好的理论。现在宇宙物理学的几乎所有研究都与宇宙大爆炸理论有关，或者是它的延伸，或者是进一步解释，例如大爆炸理论的框架下星系如何产生，早期和极早期宇宙的物理定律，以及用大爆炸理论解释新观测结果等。

    二十世纪九十年代后期和二十一世纪初，望远镜技术的重大发展和如宇宙背景探测者（cobe）、哈勃太空望远镜（hst）和微波各向异性探测器（）等空间探测器收集到的大量数据使大爆炸理论又有了新的大突破。

    宇宙学家从而可以更为精确地测量大爆炸模型中的各种参数，并从中发现了很多意想不到的结果，比如宇宙的膨胀正在加速。

    势不可挡的大量证据使多数天文学家确信，宇宙是在大约一百五十亿年前的某个确定时刻、在一种超热超密的高能辐射火球形态中诞生的。这就是叫做大爆炸的宇宙起源模型。hye是对立的稳恒态假说的创始人之一，现在仍是吵得最凶的大爆炸思想的反对者之一，不过他的名声已经大不如前了。

    公元一九二零年代前,天文学家一直以为宇宙仅由我们现在所知的银河系构成，而且是永远不变。个别恒星可以度过它们的一生而死亡，但新的恒星会诞生并取代它们。

    关于宇宙可能随时间流逝而变化（演化）的第一个明确提示，是ayst发展他的广义相对论时出现的。当时的时空理论对宇宙进行了完全的数学描述。

    公元一九一七年ayst发现，当他试图以这种方式将他的方程应用于描述作为整体的时空时，它们竟然不能表示一个静止的、不变的宇宙。这些方程式表明，宇宙必须要么膨胀、要么收缩，而不能静止。

    因为当时没有膨胀或收缩的天文证据，ayst就在他的方程式中引进一个附近项，称为宇宙学常数的虚假因子，来维持模型静止。后来他自称这是他整个生涯的“最大失误”。

    宇宙的现实意义到了一九二零年代开始趋于明朗。埃德温·哈勃和其他观察者证明，不仅我们的银河系只是宇宙中众多星系中的一个，而且星系因宇宙的膨胀而在互相分开。

    换言之，以不含宇宙学常数的爱因斯坦方程式为依据的最简单宇宙模型，实际上是整体宇宙行为的极佳描述。

    到一九三零年代初已经很清楚，宇宙正在膨胀，并带着星系相互分离，因为星系间的空间在扩大。

    星系并非通过空间运动，而是被空间的膨胀带着遨游。这可以比喻为葡萄干面包中的葡萄干。而生面团发起来时，葡萄干被带着彼此远离，它们并不是在生面团中穿行。?

    通过广义相对论将宇宙的膨胀进行时间反演，则可得出宇宙在过去有限的时间之前，曾经处于一个密度和温度都无限高的状态，称之为奇点，奇点的存在意味着广义相对论理论在这里不适用。

    而仍然存在争论的问题是，借助广义相对论我们能在多大程度上理解接近奇点的物理学——可以肯定的是不会早于普朗克时期。

    宇宙极早期这一高温高密的相态被称作“大爆炸”，这被看作是我们宇宙的诞生时期。

    通过观测ia型超新星来测量宇宙的膨胀，对宇宙微波背景辐射温度涨落的测量，以及对星系之间相关函数的测量，科学家计算出宇宙的年龄大约为137.3±1.2亿年。

    这三个独立测算所得到的结果相符，从而为具体描述宇宙所包含物质比例的Λcdm模型提供了有力证据。

    关于大爆炸模型中极早期宇宙的相态问题，至今人们仍充满了猜测。在大多数常见的模型中，宇宙诞生初期是由均匀且各向同性的高密高温高压物质构成的，并在极早期发生了非常快速的膨胀和冷却。

    大约在膨胀进行到10^37秒时，产生了一种相变使宇宙发生暴涨，在此期间宇宙的膨胀是呈指数增长的。

    当暴涨结束后，构成宇宙的物质包括夸克－胶子等离子体，以及其他所有基本粒子。此时的宇宙仍然非常炽热，以至于粒子都在做着相对论性的高速随机运动，而粒子－反粒子对在此期间也通过碰撞不断地创生和湮灭，从而宇宙中粒子和反粒子的数量是相等的，宇宙中的总重子数为零。

    直到其后的某个时刻，一种未知的违反重子数守恒的反应过程出现，它使夸克和轻子的数量略微超过了反夸克和反轻子的数量——超出范围大约在三千万分之一的量级上，这一过程被称作重子数产生。这一机制导致了当今宇宙中物质相对于反物质的主导地位。

    随着宇宙的膨胀和温度进一步的降低，粒子所具有的能量也普遍逐渐下降。当能量降低到1太电子伏特（1012ev）时产生了对称破缺，这一相变使基本粒子和基本相互作用形成了当今我们看到的样子。宇宙诞生的10^11秒之后，大爆炸模型中猜测的成分就进一步减少了，因为此时的粒子能量已经降低到了高能物理实验所能企及的范围。

    10^6秒之后，夸克和胶子结合形成了诸如质子和中子的重子族，由于夸克的数量要略高于反夸克，重子的数量也要略高于反重子。此时宇宙的温度已经降低到不足以产生新的质子－反质子对，从而即刻导致了粒子和反粒子之间的质量湮灭，这使得原有的质子和中子仅有十亿分之一的数量保留下来，而对应的所有反粒子则全部湮灭。

    大约在1秒之后，电子和正电子之间也发生了类似的过程。经过这一系列的湮灭，剩余的质子、中子和电子的速度降低到相对论性以下，而此时的宇宙能量密度的主要贡献来自湮灭产生的大量光子，少部分来自正反反中子，因为正反中微子数量极微。

    在大爆炸发生的几分钟后，宇宙的温度降低到大约十亿开尔文的量级，密度降低到大约空气密度的水平。

    少数质子和所有中子结合，组成氘和氦的原子核，这个过程叫做“太初核”合成。而大多数质子没有与中子结合，形成了氢的原子核。

    随着宇宙的冷却，宇宙能量密度的主要来自静止质量产生的引力的贡献，并超过原先光子以辐射形式的能量密度。

    在大约三十七点九万年之后，电子和原子核结合成为原子（主要是氢原子），而物质通过脱耦发出辐射并在宇宙空间中相对自由的传播，这个辐射的残迹就形成了今天的宇宙微波背景辐射。

    虽然宇宙在大尺度上物质几乎均一分布，但仍存在某些密度稍大的区域，因而在此后相当长的一段时间内这些区域内的物质通过引力作用吸引附近的物质，从而变得密度更大，并形成了气体云、恒星、星系等其他在今天的天文学上可观测的结构。