来源:“学习强国”学习平台 中国科学报社 发布时间:2023/11/28 11:57:23
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科学家回信|侯素青:宇宙起源于一次极其猛烈的大爆炸

 

编者按:日前,“学习强国”学习平台与中国科学报社联合发起“科学家回信”活动,邀请广大读者向自己心中向往尊敬的科学家、科技工作者提问、留言。活动启动后,“学习强国”“科学网App”收到了读者的踊跃留言。我们精选了读者毕明俊的提问,请中国科学院近代物理所副研究员、博士生导师侯素青发出回信。

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读者毕明俊:宇宙开端真的是大爆炸吗?

 

侯素青:你好,非常感谢你的问题,你问了一个非常有趣,也非常重大的根本问题。历史上关于该问题曾展开激烈的争论。“宇宙开端真的是大爆炸吗?”其实归结于是否承认宇宙是膨胀的。最初人类认为宇宙是静态的,直到上世纪20年代,俄国科学家亚历山大·弗里德曼和比利时宇宙学家乔治·勒梅特通过求解爱因斯坦引力场方程,发现宇宙是膨胀的,但是当时这一结论受到爱因斯坦的极力反对。这样的僵局直到1929年天才科学家埃德温·哈勃通过天文观测发现确实如此,人们才开始接受宇宙一直在膨胀的事实。

既然宇宙膨胀是事实,那回溯到很久以前,宇宙被限制在一个极其狭小的空间内。换句话说,宇宙起源于一次极其猛烈的大爆炸,也就是说,“宇宙开端是大爆炸”。但即便人们接受宇宙膨胀的事实,“宇宙开端是大爆炸”的说法在当时也不容易被接受,强有力的反对者便是大名鼎鼎的英国天文学家弗莱德·霍伊尔,“大爆炸”正是他的嘲讽之词,宇宙大爆炸理论中的“大爆炸”一词正是源于霍伊尔之口。

宇宙大爆炸理论预言,既然宇宙开始于高温高密的原初物质,整个宇宙是各项同性的,物质分布是均匀的。随着宇宙膨胀,以及温度和密度逐渐下降,在大爆炸之后38万年的时候,宇宙已经冷却到电子和原子核结合形成中性原子,这时失去和电子碰撞机会的光子(即宇宙微波背景辐射)应该至今依然弥漫在宇宙当中,且温度在今天约为几开尔文。可以说宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸理论的直接证据,能否找到它,对这一理论能否立足至关重要。幸运的是,1964年美国贝尔实验室的无线电工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊偶然中发现了宇宙微波背景辐射,这强有力地支持了大爆炸理论。随后,美国航天局和欧洲宇航局对宇宙微波背景辐射进行了更加精细的探测,如1989年美国发射的微波背景探测者卫星(COBE)探测到的背景辐射谱是完美的黑体辐射谱,这给热大爆炸理论提供了更有力的证明。此后,宇宙大尺度探测表明宇宙中物质分布是均匀的、初期元素的丰富度与理论预言值吻合都支持“宇宙开端是大爆炸”这一说法。因此,“宇宙开端是大爆炸”是当前解释宇宙起源最具影响的说法。 

 
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