1.2 大爆炸宇宙学 大爆炸宇宙学(Big Bang Cosmology)是由勒梅特(Georges Le Maitre) 伽莫夫 (George Gamow)等人提出的一种学说 他们根据广义相对论 统计热力学以及天文学上观测到 的宇宙膨胀现象推论,我们所处的宇宙其存在的时间是有限的 早期的宇宙曾处在高温度 高密 度的状态下 随着宇宙膨胀其温度 密度逐渐降低 并最终形成我们今日所见的宇宙 英国科 学家霍伊尔(Fred Hoyle)在BBC的一次科普讲座广播中首次把这一理论称为大爆炸理论 Big Bang Theory 宇宙大爆炸理论能够很好地解释宇宙中的氢 氦等轻元素的丰度 并成功地预言了宇 宙微波背景辐射(cosmic microwave background radiation, CMB)的存在 因此自1965年CMB被 发现以后被绝大部分科学家接受 成为宇宙学研究的主流理论 此后 大尺度结构和星系形成 理论 宇宙极早期的暴胀理论 暗物质和暗能量理论等进一步丰富了大爆炸宇宙学的内容 近 年来 人们获得了大量的CMB 大尺度结构 超新星 星系团等高精度观测数据 这些数据为大 爆炸理论提供了更严格的 多方面的检验 目前 包含有宇宙学常数 冷暗物质 具有暴胀起 源的平直宇宙模型(ΛCDM) 由于能够成功地解释大量的宇宙学观测数据而被称为标准宇宙模 型 图1. 宇宙的历史示意图 1.2.1.早期发展历史 在爱因斯坦提出相对论之前 牛顿的绝对时空理论是被普遍接受的物理学理论 按照 这种理论 时间和空间不受物质的影响 空间性质可以由欧几里德几何学描述 一般认为这样 的宇宙是无限的 但是 这种无限宇宙理论也存在一些困难 例如奥尔伯斯佯谬(Olbers paradox) 如果假定恒星在其中均匀分布且一直存在 则夜空的亮度将非常大 爱因斯坦的广义相对论认为时间和空间是一个整体 一般要用非欧几何描述 且受到 其中物质的影响 爱因斯坦据此提出了一个静态有限宇宙模型 其空间几何是非欧的(有正曲 率) 有限而无边 为了维持这一宇宙静止 爱因斯坦在引力场方程中引入了宇宙学常数 此 后 弗里德曼(Alexander Friedmann) 德西特(Willem de Sitter)和勒梅特等人相继发现了广 义相对论的非静态宇宙解 在膨胀宇宙解中星系将远离我们而去 而其光谱将发生红移 自1910年以后 斯里弗(Vesto Slipher)等人就发现大部分旋涡星云有红移 哈勃 (Edwin Hubble)测量了一些旋涡星云的距离 表明这些星云是银河系以外的星系 1929年他发
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± λ λ
± ρ ρ ρρ ΩΩΩ ΩΩ ρ
Ω±
Ω