宇宙的诞生及研究模型
人们常常怀着强烈的好奇心问:宇宙永远不会改变吗?宇宙有多大?宇宙是什么时候诞生的?
当人类第一次仰望天空时,就想知道这浩瀚的天空以及那闪烁的群星究竟是怎样产生的。今天,虽然科学技术已经有了很大的进步,但关于宇宙形成的原因和过程,仍处在假说阶段。
到目前为止,许多科学家更倾向于“宇宙大爆炸”的假说。这种观点认为,大约在200亿年以前,构成我们今天所看到的天体的物质都集中在一起,形成了一个“原始火球”。后来,由于某种未知的原因,“原始火球”发生了大爆炸,组成火球的物质飞散到四面八方。爆炸发生两秒钟之后,产生了质子和中子,在随后的11分钟之内,自由中子开始衰变,形成了重元素的原子核。大约又过了10000年,产生了氢原子和氦原子;与此同时,散落在空间的物质便开始了局部的联合,星云、星系的恒星就是由这些物质凝聚而成的。
上个世纪二三十年代,哈勃对24个星系进行了全面的观测和深入的研究。他发现,这些星系的谱线都存在明显的红移。根据物理学中的多普勒效应理论,这些星系正在朝远离我们的方向奔去,即所谓的退行。而且,哈勃发现这些星系退行的速度与它们距地球的距离成正比,也就是说,离我们越远的星系,其退行速度越大。这种观测基本证明了宇宙是在不断膨胀的。哈勃常数(H=150千米/秒。千万光年)表明,距离我们1000万光年的天体,其退行的速度为每秒150千米。据此计算出宇宙的年龄为200亿年,也就是说,这个膨胀着的宇宙已存在了200亿年。
20世纪60年代,天文学中的四大发明之一——微波背景辐射理论认为,星空背景普遍存在着3K微波背景辐射,这种辐射在天空中是各向同性的。这似乎是大爆炸后遗留下的余热。从某种意义上说,这也是支持宇宙大爆炸说的一种观点。
宇宙形成的第二种假说是“宇宙永恒”假说。这种假说认为,宇宙并不是像人们所说的那样动**不安,自从开天辟地以来,宇宙中的星体、星体密度以及它们的空间运动都处于一种稳定状态。这种假说是英国天文学家霍伊尔、邦迪和戈尔特等人提出来的。霍伊尔把宇宙中的物质分成以下几大类:恒星、小行星、陨石、宇宙尘埃、星云、射电源、脉冲星、类星体、星际介质等,他认为这些特质在大范围内始终处于一种平稳状态——一些星体在某处湮灭了,在另一处一定会有新的星体产生。
第三种是“宇宙层次”假说。这种假说是法国天文学家沃库勒等人提出来的,他们认为宇宙的结构是分层次的,如恒星是一个层次,恒星集合组成星系是另一个层次,许多星系结合在一起组成星系团就形成了一个更高的层次,一些星系团组成超星系团又是一个层次。
综合起来看,关于宇宙形成的种种假说,虽然说明了部分道理,但还是缺乏概括性,仍有继续探讨的必要。