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  • 宇宙在膨大,人们是怎么发现的?
    时间:2020-04-04   作者:admin  点击数:

      来源:科学大院

      前一回说到,喜欢因斯坦广义相对论把引力场和时空曲曲的几何有关首来,而时空几何又取决于物质分布的情况。那吾们用什么来描述曲曲时空的几何呢?

    图1 (左)平面上两点距离;(右)球面上两点距离(图片来源:作者绘制)图1 (左)平面上两点距离;(右)球面上两点距离(图片来源:作者绘制)

      几何(Geometry)英文原意为测地术[1],当吾们去测量空间中两点之间的距离,对于图1左边的平面,吾们只必要一把直尺就能够丈量两点间距离。但要测量右边曲曲球面上的距离,直尺就无能为力了。吾们必要一把和球面相通曲曲的尺子,云云在分歧空间丈量“距离”的尺在几何上就称为“度规”,即度量规则。

      直尺和曲曲的尺子是两栽分歧的度规,数学上用一个“度规张量”外示。度规是广义相对论的基本几何量和物理量,确定度规,就确定了时空的曲率、距离、夹角、面积等一共几何性质,因此广义相对论的重要钻研都荟萃在确定和钻研时空的度规上[1],场方程内心上给科学家们挑供了一个平台,行家通太甚歧的物质分布,去解场方程,得到分歧的度规,从而晓畅分歧物质分布下时空的几何性质。

      例如最早解出来的喜欢因斯坦场方程正确解史瓦西(Karl Schwarzschild)度规,描述一个静态、球对称的物质分布在其外部造成的时空曲曲;Kerr度规、Reissner-Nordstr m度规和Kerr-Newman度规别离描述了匀速转动球体、静态荷电球和匀速转动荷电球外部的引力场分布,这四栽度规也别离对答着四栽黑洞[1]。而要描述吾们的宇宙,则必要弗里德曼等人挑出来的知足宇宙学原理的FLRW度规。

      挑衅喜欢因斯坦:动态演变宇宙模型

      1、宇宙学原理和FLRW度规

      俄罗斯的数学家弗里德曼(Aleksandr Friedmann)在1917年最先行使喜欢因斯坦的场方程竖立本身的宇宙模型。吾们清新喜欢因斯坦场方程描述物质分布下的时空几何,因此一个宇宙学模型清淡也分成两片面:(1)时空几何(2)物质分布。要解这个复杂的张量方程,当代往往借助计算机。为了简化方程,弗里德曼对宇宙的几何做了如下倘若:宇宙在大尺度上是均匀而且各向同性的。也就是说,宇宙中异国一个地点是稀奇的,所有地点都是平权的。这个倘若今天被称为“宇宙学原理”。当代大周围星系巡天表现,在数百个Mpc(pc是秒差距,距离单位,1pc=3.26光年,1Mpc=106pc)的大尺度上,宇宙实在是能够看作集体均匀、各向同性的。

    图2 2DF巡天得到的星系分布(http://www.2dfgrs.net/)图2 2DF巡天得到的星系分布(http://www.2dfgrs.net/)

      在宇宙学原理倘若之后,弗里德曼立即发现,能够得到很浅易的时空几何的度规式样。弗里德曼得到的度规式样后来又由Robertson和Walker各自自力导出,因此这个时空几何的度规今天又称为“FLRW度规(Friedmann-Lemaitre-Robertson-Walker)”,几乎所有的当代宇宙学理论都基于FLRW度规,起码在优等近似是云云[2-3]。

      2、宇宙并非静态,而是随时间演变的

      与喜欢因斯坦最先就设定一个静态宇宙的倘若,然后始末增补宇宙学常数来使他的理论相符预期的做法分歧,弗里德曼直接从不含宇宙学常数的喜欢因斯坦场方程起程,看看采用分歧的密度参数的值,能够产生的宇宙模型。弗里德曼的模型只取决于三个参数:

      H:哈勃参数,逆映宇宙膨大的速度

      Ω0:物质密度参数,等于宇宙物质密度和临界密度的比

      Λ:宇宙学常数 

    图3 (上)宇宙学原理倘若下,分歧的物质密度决定了分歧的时空几何;(下)分歧密度参数下宇宙的相对尺度随时间的动态演化(膨大或缩短)[4]图3 (上)宇宙学原理倘若下,分歧的物质密度决定了分歧的时空几何;(下)分歧密度参数下宇宙的相对尺度随时间的动态演化(膨大或缩短)[4]

      弗里德曼1922年的文章中,他将宇宙学常数设为0,云云就异国力量来抵消引力,宇宙模型就会变成动态演化的。弗里德曼指出宇宙的演化命运能够有三栽,到底是哪一栽取决于宇宙最先时膨大有众快以及包含的物质有众少。如图3(上):

      第一栽能够性,倘若宇宙物质密度比较大,Ω0>1 ,引力的拉拽首先会让宇宙的原首膨大休止,然后坍缩直至休业;时间和空间则是有限的,宇宙曲率为正,像个球面。倘若有个幼虫停顿在表面上,会发现平走线总会相交,三角形内角和大于180度。吾们称之为“闭相符”的宇宙。

      第二栽能够性,宇宙密度太矮,Ω0<1,引力无法克服初首的膨大,首先宇宙将膨大到永久,宇宙的命运是大凝结;这栽情况的宇宙曲率是负的,像个马鞍的表面,倘若有个幼虫停顿在表面上,会发现平走线不相交,三角形内角和幼于180度。这栽宇宙的时间和空间都是无穷的,吾们称之为“盛开”宇宙。

      第三栽能够性取一个折衷的密度,Ω0=1,也就是宇宙密度等于临界密度。这栽情况下宇宙依旧无穷膨大,既不会坍缩到一个点,也不会膨大到无穷大。吾们称之为“平整”的宇宙。

      图3下边的图片表现了宇宙从一个特意幼的体积最先膨大(后来称之为大爆炸),具有初首膨大速度,随后在引力的吸引或引力常数的负压下,宇宙的大幼随时间赓续演化的情况。底部橙色曲线,外示一个高密度宇宙,首先减速坍缩。中心绿色曲线,外示一个平整的临界密度宇宙,膨大率赓续减慢,曲线变得越来越程度。中心蓝色曲线表现了一个盛开的矮密度宇宙,它的膨大也在减慢,但异国临界密度宇宙那么大。顶部红色曲线表现了宇宙学常数不为0的宇宙,宇宙学常数项是所谓的“黑能量”的重要候选,正是黑能量导致宇宙的膨大添速。如今越来越众的证据外明吾们的宇宙正沿着红色曲线进取。

      关于宇宙的模型许众,但正确的只有一个,能够逆映实际的谁人。喜欢因斯坦认为本身是正确的,他写了一封投诉信到弗里德曼发外文章的期刊,质疑弗里德曼的做事,并认为他的结论“很难有什么物理意义”。被喜欢因斯坦云云世界上最特出的物理学界大佬质疑,让弗里德曼的声誉刹时跌入了幽谷,固然弗里德曼依旧坚持本身的思想,但他异国敌过众舛的命运。1925年,弗里德曼还没来得及获得同走的承认,便染上了厉重的疾病,在精神错乱中死。他关于宇宙演变的理论,在很长时间里被淹没了。(另一位大佬史瓦西也是在解出喜欢因斯坦场方程的史瓦西解后几个月染病死,该说什么益呢?还能让人益益解方程吗?)

      弗里德曼对宇宙学最革命性的贡献是,他指出宇宙是一个在宇宙尺度上赓续演化的过程,而不是集体上保持静止直到永久。他的宇宙方程,在今天印在了教科书上,行为宇宙学弟子的“标准宇宙学的基本方程”。他超越了他的谁人时代,谁人时候天文学家还异国找到声援膨大宇宙的天文证据。众年之后,比利时的牧师也是宇宙学家勒梅特(Lemaitre Georges)得到了和弗里德曼相通的首先,但同样遭到了喜欢因斯坦的指斥,他对勒梅特说:“你的数学是正确的,但你的物理是可憎的。”喜欢因斯坦错过了两次批准膨大大爆炸宇宙的机会,后来他本身也感叹到:“为了责罚吾对权威的无视,命运让吾本身成了权威。”喜欢因斯坦执拗地坚持静态宇宙的解,一向到哈勃谁人远大定律的发现。

    图4 (左)弗里德曼;(中)喜欢因斯坦;(右)勒梅特图4 (左)弗里德曼;(中)喜欢因斯坦;(右)勒梅特

      宇宙膨大(大爆炸)模型的三大证据

      1、哈勃定律:

      吾们许众人都有过云云的体验,当吾们在铁路旁游玩,火车呼啸而来时,会发现火车的汽笛声比往往尖锐,而当火车远去时,汽笛声又变得矮沉。这是由于当波源一面波动一面朝吾们奔过来时,吾们一秒钟内批准到的波的数目比波源不动的时候增补了,实际成果就是感受波的“频率”变高了。而波源远去的时候正益相逆,吾们会感觉声音频率变矮了。这栽效答就称之为“众普勒效答”。

      光线同样也会由于光源的活动产生众普勒效答,由于红光波长比蓝光长,吾们把长波端称为“红端”,短波端称为“蓝端”。当光源朝吾们移动时,吾们看到光频率变高,波长变短,这就叫做 “蓝移”。光源远隔吾们时,频率变矮,波长变长,称为“红移”。倘若光波静止时的波长是λ0,吾们实际授与到的光波长是λ,那么红移能够用一个详细的数目z来外示:z=(λ-λ0)/λ0。波源朝向或远隔不都雅测者的速度越快,红移、蓝移数值就越大,因此,交通警察和天文学家都喜欢行使众普勒效答来测速度。

    图5 众普勒效答暗示图图5 众普勒效答暗示图

      1928年,哈勃(Edwin Powell Hubble)在荷兰和德西特会面(Willem de Sitter),德西特稀奇关注那时星系不都雅测到的大红移表象。为此他本身解喜欢因斯坦方程,竖立了一个异国物质只有宇宙学常数的空宇宙模型——de Sitter宇宙模型。由于物质密度很幼,德西特觉得能够无视,这个宇宙在宇宙学常数推动下以指数添长。在德西特看来,宇宙就雷联相符个气球,星系像是贴在气球表面上。如图6所示,随着宇宙空间网格膨大,网格点上的星系或人会逐渐远隔,越远的移动速度越快,他们发出的光到达吾们时红移也越大。吾们看到其它星系远隔吾们,并不是吾们在宇宙中有稀奇的位置,而是每幼我都会看到别人在远隔。

    图6 (上)德西特认为星系红移是由于宇宙膨大,就相通气球表面的点;(下)空间膨大暗示图图6 (上)德西特认为星系红移是由于宇宙膨大,就相通气球表面的点;(下)空间膨大暗示图

      德西特期待哈勃能够在不都雅测中找到上述效答,倘若星系距离越远,由于退走速度更快,因此红移会更大。这边要留心区分,此处的星系红移是由于星系和地球之间的空间膨大引首的,并不是星系本身在快捷飞离地球,膨大的是空间背景,而不是背景上的格点,这栽空间膨大产生的速度,吾们称之为“退走速度(Recession Velocity)”,而星系、幼张幼李等相对网格活动,产生的速度,称为“本动速度(Peculiar Velocity)”。退走速度、本动速度产生的红移效答在成因上是有内心区别的。由于空间膨大造成的红移,吾们称之为“宇宙学红移”。

      随后,哈勃行使威尔逊山的2.5米胡克看远镜不都雅测了24个星系,得到了他一生中很远大的发现。如同展望那样,星系越远隔地球退走速度越快,随距离成正比,距离d和退走速度 V退走的有关为 V退走=Hd。这个有关称之为“哈勃定律”。退走速度除以距离是一个常数,这个常数被称为哈勃常数H,描绘宇宙膨大的速度,是宇宙学中最重要的常数[2]。

      为什么会有云云的正比有关?吾们能够参看图6(下)的一个也许的暗示图,宇宙膨大以后,幼张和幼李的距离增补了1米,而幼张和更远的幼王的距离,增补了2米,在幼张看来,幼王比幼李更快地远隔本身,远隔的速度和距离成正比。哈勃常数实际上并不是一个“常数”,它受宇宙密度参数的影响,在分歧时期值也分歧,因此吾们也称它为“哈勃参数”。

    图7 (上)分歧距离的星系光谱比较,从上去下距离添大。能够看到标识为“KH”的钙谱线越来越去右边(红色)移动。(下)哈勃在1929年发外的星系速度(纵坐标)与距离(横坐标)有关图[2]。  图7 (上)分歧距离的星系光谱比较,从上去下距离添大。能够看到标识为“KH”的钙谱线越来越去右边(红色)移动。(下)哈勃在1929年发外的星系速度(纵坐标)与距离(横坐标)有关图[2]。

      吾们能够行使哈勃有关,从不都雅测到的红移,去推想星系的距离。但这就请求先用“红移无关”的手段先正确测出一批星系的距离,定出哈勃常数。历史上哈勃常数赓续修整,一最先哈勃测出来的H=500(单位是kms-1Mpc-1),1936年哈勃考虑了星际消光,改为526。当代,H的测定众样化和体系化,比来综相符PLANK卫星、重子声波振荡和超新星数据得到的哈勃常数为H=67.74 ± 0.46 kms-1Mpc-1 [5]。

      1931年,喜欢因斯坦到威尔逊山探看哈勃,他终于承认了宇宙确实在膨大,并把宇宙学常数称为本身“最大的失误”。哈勃悄无声息发现了宇宙膨大理论的第一个证据,从此,大爆炸模型再也不光仅是个理论。

      哈勃定律的第一个含义是,吾们已知星系的退走速度,能够求它的距离,或者逆过来已知距离求退走速度。而第二个含义是——吾们能够用哈勃定理推想宇宙的年龄。

      倘若宇宙中所有的物质最最先荟萃在一首,哈勃得到的哈勃常数是500 kms-1Mpc-1,反馈中心也就是说,在1Mpc遥远的星系,退走速度是500 kms-1。倘若宇宙的膨大速度不变,吾们根据哈勃定律,退走速度 = 哈勃常数×距离,而

      正益是哈勃常数的倒数,这个时间代外的宇宙年龄称为“哈勃年龄”。吾们能够算出星系用了众长时间从荟萃在一首到脱离1Mpc距离。吾们用哈勃最初的常数得到:

      这个首先比那时测到的地球年龄恒星年龄幼得众,让宇宙学家们头痛不已。用今天测到的哈勃常数来推想,今天测到的哈勃常数大约是70 kms-1,吾们在19亿年上再乘以500/70,得到哈勃年龄是136亿年,这就很挨近了。

      正确的宇宙年龄必要行使弗里德曼的宇宙演化模型结相符如今不都雅测得到的哈勃常数和宇宙密度参数来计算,比来得到的宇宙年龄推想值是13.799 ± 0.021 Gyr[5],大约138亿年。

      哈勃定律中,哈勃距离、宇宙学视界(也叫粒子世界、可不都雅测宇宙)这几个概念很容易杂沓不清,吾们如今来理一理。

      哈勃距离

      在哈勃定律中,退走速度 = 哈勃常数×距离,倘若距离裕如大,使得该处的退走速度为光速c,吾们就称这个距离为“哈勃距离”或“哈勃半径”。今天的哈勃距离能够用今天的哈勃常数得到(为何强调“今天”,是由于宇宙膨大,哈勃参数和哈勃距离都在随时间转折):

      遵命如今的不都雅测,宇宙在添速膨大,在哈勃距离之外的星系,它们今天发出的光,吾们永久也无法授与到了,但是它们以前发出来的光,吾们依旧能看到的。

      宇宙学视界(粒子世界、可不都雅测宇宙)

      宇宙学视界(Cosmological Horizon)、粒子视界(Particle Horizon)、可不都雅测宇宙(Observable Universe)这三个名词是联相符个概念,它限制了以前的事件可被不都雅测到的距离,定义了以前和如今有因果律有关的区域。详细定义是:有一束光从宇宙诞生那一刻发出,在今天正益被吾们不都雅测到,这个时间周围内光走过的距离,吾们用它行为半径,以不都雅测者为中心做一个球,这个球的内部就是可不都雅测宇宙,球面就是粒子视界。详细的计算和前线的宇宙年龄相通,必要行使弗里德曼模型,然后结相符如今不都雅测到的哈勃常数、宇宙学密度参数计算。根据比来不都雅测的首先,吾们如今的可不都雅测宇宙半径约为470亿光年。而且,随着宇宙的膨大,可不都雅测宇宙的周围还在赓续扩大,越来越众的星系赓续进入吾们宇宙的可见片面。

    图8 (上)可不都雅测宇宙(图:Andrew Z。 Colvin)(下)光线在膨大宇宙中传播暗示动图图8 (上)可不都雅测宇宙(图:Andrew Z。 Colvin)(下)光线在膨大宇宙中传播暗示动图

      有人会挑出疑问:“既然宇宙中异国什么速度能够超过光速,而宇宙的年龄是138亿年,那光最众也只能走过138亿光年的距离,为何是470亿年呢?”这是由于挑问者是用静态宇宙的思想,实际上宇宙在赓续膨大(图8),光发出时星系离吾们要近得众,而138亿年后那时发光的星系已经随宇宙膨大跑到470亿光年之外。另外,空间的膨大,并不忤逆狭义相对论,空间膨大是能够超过光速的。而星系和物质相对于空间网格的本动速度,才要受到光速为极限速度的制约。

      2、宇宙的原初核相符成

      天然的化学元素有90众栽,它们在天然界中含量差别很大,各栽元素的质量百分比,称为元素的丰度。人们在不都雅测从地球到恒星、星系的化学构成后,发现宇宙平分歧地方的同类天体化学构成很相近(外1)。总的来说宇宙中最雄厚的的元素是氢,占原子总数93%和质量的76%。其次是氦,占原子总数7%和质量的23%。仅氢氦几乎就占了原子数的100%和质量的99%[2]。

    星系名称

    丰度

    星系名称

    丰度

    银河系

    0.29

    NGC4449

    0.28

    幼麦云

    0.25

    NGC5461

    0.28

    大麦云

    0.29

    NGC5471

    0.28

    M33

    0.34

    NGC7679

    0.29

      外1 典型星系的氦丰度[2]

      宇宙中各处物质元素构成上的联相符性,表明宇宙中的元素有一个联相符的首源和演化手段。20世纪40年代,伽莫夫(George Gamow)和他的弟子阿尔法(Ralph Alpher)对宇宙中元素的来源产生了有趣。他认为,在宇宙诞生之初温度特意高,就像一个各栽基本粒子的大熔炉,随着宇宙膨大温度降矮,中子、质子数目最先安详,相互碰撞相符成2H(氘),进一步相符成为3He(氦3)和3H(氚),接下来形成安详的4He(氦4)。伽莫夫雄心壮志地认为,4He形成以后,会进一步始末中子俘获和电子衰变过程,产生出化学元素外上的所有元素。始末计算,伽莫夫得到大爆炸产生的宇宙氦丰度为25%。这个理论值和不都雅测首先相符得特意益,是大爆炸宇宙模型最重要的预言之一,而其它任何宇宙学模型都不及给出云云一个和不都雅测相符的氦丰度预言。

      但是,在计算中伽莫夫发现了题目,他的理论对特意轻的元素很有效,但是,天然界不存在原子量为5和8的安详元素,云云就无法始末它们行为桥梁生成更重元素。例如吾们实验中能够用中子轰击4He得到5He,但是5He很快衰变回到4He。能够生成8Be,但会担心详裂变为两个4He。这意味着大爆炸只能生成从氢到氦的轻元素,然后就终结了。实际上,以氦为基础进一步生成的是7Li,它的丰度也与如今不都雅测首先相符。但是7Li丰度太矮,无法产生进一步核聚变。当宇宙膨大温度赓续降低,粒子动能不及以克服原子核的库伦势垒,炎核逆答就休止了。因此,伽莫夫一最先认为大爆炸能生成宇宙中所有元素的设想战败了。

      那时,另外一个远大科学家霍伊尔(Fred Hoyle)坚决指斥始末核相符成挑供的大爆炸的证据。他挑出了本身的“稳恒态宇宙模型”来抗衡大爆炸理论,并和同事在20世纪40到50年代开创了恒星核相符成理论,展现了宇宙中的元素从氢一向到铁,如何在恒星中相符成出来。但是他们也同样遇到了和伽莫夫他们同样的题目——5He和8Be担心详。从4He生成下一步12C有一个能够性是2 4He →8Be,然后 4He 8Be →12C。但是8Be存在时间不超过10-15秒,且氦铍聚变必要很长的时间窗口,逆答很难进走。

      后来,霍伊尔认为“既然以碳构成的霍伊尔存在,那这个逆答一定存在”。他推想12C有一个激发态[6-7],比清淡12C能量高7.65Mev,倘若云云激发态的12C存在,以上逆答即可快捷进走。霍伊尔找到添州理工凯洛格核实验室的福勒让他协助实验追求高7.65Mev的激发态12C,福勒的幼组用了10天时间,发现了12C的一栽新的激发态,正是7.65Mev,和霍伊尔说的十足相通。云云霍伊尔就解决了核相符成的题目,他表清新碳是在2亿摄氏度下,由24He →8Be,然后 4He 8Be →12C逆答相符成。这个过程固然很缓慢,但数十亿颗恒星经过数十亿年的演化,足以产生大量的碳。

    图9 (左)伽莫夫;(右)霍伊尔图9 (左)伽莫夫;(右)霍伊尔

      霍伊尔不坚信大爆炸理论,1949年有一次BBC广播公司邀请伽莫夫和霍伊尔就宇宙首源题目进走申辩。霍伊尔在广播间赓续袭击伽莫夫的理论,他说“这个大爆炸(Big Bang)的思想在吾看来并不悦意……”从此,宇宙膨大演变的理论有了新的名字——大爆炸,而奚落的是这个名字是它最大的指斥者霍伊尔给首的。实际上,固然霍伊尔解决了核相符成的题目,但他预言的氦只能在恒星中产生,云云含量远矮于实际不都雅测的,而且只能在恒星内核周围才能发现它。而如前所述,宇宙中的氦含量特意雄厚,挨近25%,而且分布均匀,氦丰度只有伽莫夫的大爆炸理论能够正确注释。

      今天吾们清新,伽莫夫和霍伊尔都有对的地方。宇宙中物质元素的来源是云云的:

      (1)氦、锂、铍、硼这些轻元素,只能来自宇宙早期大爆炸的核相符成;

      (2)到铁族为止的重元素,由恒星内部核逆答生成;

      (3)重于铁的元素,重要在超新星爆炸过程中形成。[2,3]

    图10 轻元素丰度与重子密度的有关[4]图10 轻元素丰度与重子密度的有关[4]

      用宇宙学标准模型计算出来的轻元素丰度,与宇宙中重子密度亲昵有关。图10中横坐标是重子密度,纵坐标是响答的重子密度下产生的各轻元素丰度,红色竖条区域外示不都雅测到的轻元素丰度批准重子密度转折的周围。宇宙核相符成理论和不都雅测首先高度的相符,在天体物理学中是稀奇的,有力地证实了大爆炸宇宙模型的正确性。

      3。 宇宙微波背景

      1948年,伽莫夫和阿尔法(Ralph Alpher)、赫尔曼(Robert Herman)挑出了关于宇宙微波背景辐射的倘若:宇宙大爆炸早期,温度很高,整个宇宙电离成了一锅等离子汤,只有解放电子和原子核,异国原子。而光线在这锅汤中传播时,异国众远就被散射、接收或发射,无法传播很远,因此整个宇宙看首来就像一团迷雾相通不透明。这栽众次散射产生了“炎”的“黑体”光谱。宇宙膨大到约38万年时,温度降到3000K,这个温度下电子和原子核终于能够形成原子,光线不再被散射或接收,一刹时宇宙变得透清新,宇宙产生了第一束光。这个时期发出的光线一向弥漫在宇宙中,随着宇宙膨大,光线的波长也被延迟,到如今正益在微波波段,外现为空间背景上的各向同性微波辐射,并且这个辐射具有黑体谱。

      那时伽莫夫他们计算出宇宙微波背景辐射的温度约为5K,这么矮的温度在谁人时代异国任何仪器能够测量。在很长的时间里,他们的预言被行家无视了。一向到将近20年后,1964年,美国的两位工程师彭齐亚斯(Arno Penzias)和威尔逊(Robert Wilson)测试他们新设计的号角天线,当他们测试来自天空的噪声时,发现有一个3.5k的微波噪声不论如何都不及扣除。在仔细检查了天线,并驱逐了天线上的“白色涂层”(俗称鸟粪)后,噪声依旧存在。这个来历不明的辐射与天线的指向无关,也和地球、太阳活动无关,并具有黑体辐射特征,温度为3.5k。彭齐亚斯和威尔逊不清新,他们未必发现了1948年伽莫夫预言的微波背景辐射。由于这个发现,他俩获得了1965年的诺贝尔奖。

      至此,关于宇宙来自夸爆炸依旧永恒静态的争吵告一段落了,微波背景辐射的发现是至关重要的。霍伊尔1965年在《天然》杂志上正式承认战败,屏舍了稳恒态理论,他被微波背景辐射和宇宙中富含氦这两个不都雅测首先击败了。

      鉴于微波背景辐射的极端重要性,NASA在1989年发射了COBE卫星对其进走特意钻研。1990年美国天文学会的一次会议上,当COBE团队的领导者马瑟(John Mathe)末了一个上场,向人们展现COBE的首先时,会场骚动首来,很快全场集体首立,爆发出了经久不息的掌声。几乎所有人都批准温度为2.735K的微波背景辐射实在存在(此时方今,远在天国的弗里德曼也许能够修整了吧)。COBE团队的马瑟和斯穆特(George Smoot)获得了2006年诺贝尔奖,诺贝尔奖评委会的公报说,他们的做事使宇宙学进入了“正确钻研”时代。在COBE的基础上,WMAP、PLANK卫星相继起飞,对宇宙微波背景辐射进走更正确的测量。微波背景辐射为宇宙大爆炸理论挑供了最有力的声援。

    图11 (上)宇宙微波背景的探测历史[4];(下)COBE卫星亮度分布谱,特性与2.735K黑体谱惊人地相符,图中方块为所测数据点,曲线是该温度的黑体辐射理论曲线[8]。图11 (上)宇宙微波背景的探测历史[4];(下)COBE卫星亮度分布谱,特性与2.735K黑体谱惊人地相符,图中方块为所测数据点,曲线是该温度的黑体辐射理论曲线[8]。

      回顾奥尔勃斯佯谬

      在宇宙大爆炸的背景下,吾们再回头注视奥尔勃斯佯谬,就能够给出相符理的解答了。为什么夜空是黑的?[2,3]

      1:可不都雅测宇宙不是无穷的,而是具有有限年龄,在以前某时刻发生了大爆炸。因此到达吾们的光只能够来自最大的视界,流量是有限的;:

      2:恒星仅仅在一段有限时间内发光,因此来自很远的恒星光流量将减幼一个因子; :

      3:宇宙膨大导致大红移时所有频率光都会有衰减。

      行为大爆炸的遗迹——2.7k的宇宙微波背景辐射,不管白天依旧夜晚首终存在,在这个意义上,奥尔勃斯是对的。

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