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宇宙起源论文

2017-09-20 5页 doc 17KB 286阅读

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宇宙起源论文宇宙起源论文 宇宙的起源---宇宙大爆炸 通过本学期的选修课《探索宇宙的奥秘》学习,我对宇宙有了一点初步的了解,宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界,它处于不断的运动和发展中。宇宙是什么时候、如何形成的,宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。以下是一些理论根据谈谈大爆炸学说。 宇宙起源的疑惑: 在爆炸发生之前,宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大,之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出击,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现在宇宙中...
宇宙起源论文
宇宙起源论文 宇宙的起源---宇宙大爆炸 通过本学期的选修课《探索宇宙的奥秘》学习,我对宇宙有了一点初步的了解,宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。宇宙是物质世界,它处于不断的运动和发展中。宇宙是什么时候、如何形成的,宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。以下是一些理论根据谈谈大爆炸学说。 宇宙起源的疑惑: 在爆炸发生之前,宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大,之后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出击,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命,都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。然而,大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释,“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西, 宇宙大爆发理论定义: 又称大爆炸宇宙学。其说明了较多的观测事实。主要观点是认为宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系并不是静止的,而是在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点,大爆炸的整个过程是:在宇宙的早期,温度极高,在100亿度以上。物质密度也相当大,整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀,结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时,中子开始失去自由存在的条件,它要么发生衰变,要么与质子结合成重氢、氦等元素;化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后,早期形成化学元素的过程结束(见元素合成理论)。 宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时,辐射减退,宇宙间主要是气态物质,气体逐渐凝聚成气云,再进一步形成各种各样的恒星体系,成为我们今天看到的宇宙。大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实: (1)大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。 (2)观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释,那么红移就是宇宙膨胀的反映。 (3)在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高,则可以说明这一事实。 (4)根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等,可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言,今天的宇宙已经很冷,只有绝对温度几度。1965年,果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射,温度约为3K。 宇宙大爆发的假说条件: 1、假设宇宙是在约150-200亿年前,从一个高温高密度的状态,开始 爆炸,膨胀之后渐渐冷却,形成星系。 2、膨胀是发生在每一处。 3、宇宙论模型所描绘出的宇宙的历史如下: 当时间为0时开始产生大爆炸;当时间为4秒时,开始产生质子、中子、 电子;当时间为3分时,开始形成原子核,其中氢(H) 约占75%,氦(He) 约 占25%。此时气体是游离的,自由电子与光散射,光无法跑远就被散射掉, 宇宙到处充满辐射。大爆炸至此时期之前,合称为辐射主控时代(radiation 6dominate era);当时间为10年时,温度约为3000 K ,自由电子与氢、氦 原核结合成为氢原子与氦原子。此时气体是中性的,使得光子可以在宇宙中 自由行走,亦即宇宙变透明了, 从此进入物质主控时代(matter dominate 9era)。当时间为10年时,星系的形成。 宇宙大爆炸学说的实验观察数据: 1、红外线位移: 由地球任何方向看出去,遥远的星系都是离我们远去,宇宙膨胀。 哈柏定律: V = H * d r H = 75 km/s/Mpc 2、氦与氦的丰存度 : 氢) 占约75%,He(氦)占约25 ,己经实测证实。宇宙标准模型预测,H ( 恒星所消耗的氢与所产生的氦,还不足以改变这个比例。 3、微量元素的丰存度: 微量元素:重氢(deuterium)、氦-3 (helium-3)、锂-7 (lithium-3)。对这些恒星无法合的微量元素,宇宙标准模型预测的丰存度,与实测的丰存度一致。 4、3k微波背景辐射 大爆炸后,宇宙膨胀、冷却。Penzian & Wilson (1978 诺贝尔奖得主) 用号角形天线发现,天空具有均匀等向的无线电波噪声?宇宙背景辐射,相对应于3K 黑体所发出的辐射。COBE 卫星精确测量,宇宙微波背景辐射的温度为2.726?0.005 K。 5、微波背景辐射不均匀量 微波背景微量不均匀,是宇宙区域结构的种子。 大爆炸后,暗物质和暗能量形成与发展论: 1、何为是暗物质: 我们能找到的普通物质仅占整个宇宙的4%。各种测算方法都证实,宇宙的大部分是不可见的。 最有可能的暗物质成分是中微子或其他两种粒子:neutralino和axions(轴子),但这仅是物理学的理论推测,并未探测到。据认为,这三种粒子都不带电,因此无法吸收或反射光,但其性质稳定,所以能从创世大爆炸后的最初阶面幸存下来。 科学家认为,暗物质与构成恒星何行星的通常物质不同。它们不可能参与宇宙早期的核反应,也就是说不可能以普通的原子和分子的形式存在。因为在普通的原子和分子的原子核中包含着质子和中子,而质子和中子是参与核反应的。这种冷暗物质约占宇宙的20%,l另外的70%的则为非重子冷暗物质。 2、何为是暗能量 宇宙学最近的两个发现证实,普通物质和暗物质还不足以解释宇宙的结构。还有第二种成分,它不是物质而是某种形式的暗能量。这种神秘成分存在的一个证据,来源于对宇宙构造的测量。爱因斯坦认为,所有物质都会改变它周围时空 的形状。 因此,宇宙的总体形状由其中的总质量和能量决定。最近对大爆炸剩余能量的研究显示,宇宙有着最为简单的形状——是扁平的。这也反过来揭示了宇宙的总质量密度。但天文学家在将所有暗物质和普通物质的可能来源加起来之后发现,宇宙的质量密度仍少了2/3。 3、大爆炸后引起的黑洞学说: 当宇宙大爆炸后其暗能量暗物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),巨大的引力就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”,黑洞使空间弯曲。 总之,宇宙就像一个迷难于读透,难与确却地定论其起源。宇宙大爆炸引起宇宙起源也只是个大猜想,没有完全正确的说明其根源。这也是宇宙的神秘地方,未来宇宙会怎样也众说纷呈,期待着更进一步的解说。 参考文献:《科学杂志》、《科技之光 》、《宇宙的未来》、《宇宙起源》 年级/学院: 姓名: 学号:
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