宇宙大爆炸存在什么證據？

諾貝爾物理學獎的一半頒給了天文學家詹姆斯·皮布爾斯（James Peebles），以表揚他為宇宙大爆炸理論做出了主要的進獻。時至今日，宇宙大爆炸理論已經當作了描述宇宙發源和演化的本家兒導理論。那么，有什么強有力的證據可以或許撐持宇宙大爆炸理論呢？

哈勃心猿意馬律

在1929年之前，穩恒態宇宙的不雅念根深蒂固。就連愛因斯坦也認為宇宙是靜態的，他在創立廣義相對論時，給引力場方程引入宇宙學常數，使得方程不會呈現動態宇宙的解。然而，哈勃的重大發現改變了這一切。

1924年，哈勃經由過程造父變星測出了一度被認為是銀河系星云的距離。成果發現，那些星云不成能在銀河系的規模之內，哈勃意識到它們其實是銀河系外的星系，它們就像銀河系那樣由大量的恒星構成。河外星系的發現，開啟了現代天文學的全新篇章。

此后不久，在研究星系光譜時，哈勃注重到，宇宙中大部門星系的光譜都呈現了紅移的現象。多普勒效應表白，當聲源遠離不雅測者時，頻率會下降，反之亦然。同樣的紀律也合用于光源，當光源遠離不雅測者時，其頻率會降低，波長會拉長，光譜表示出紅移。

是以，光譜呈現紅移的星系表白它們在遠離銀河系。不僅如斯，距離銀河系越遠的星系，其光譜的紅移值越大，這意味著它們的退行速度越快。星系的距離和退行速度呈現出線性關系，這就是聞名的哈勃心猿意馬律。

宇宙中遍及存在的引力會讓星系互相接近，而星系大都在退行的事實表白，空間布局在膨脹，導致宇宙中的星系不會被引力吸引到一路，而是會被互相拉開。既然此刻的宇宙在膨脹，這意味著曾經的宇宙更小更密。若是追溯到時候初步，宇宙中的所有工具，就連空間自己，城市集中在一個無限小的奇點之中。于是，哈勃心猿意馬律當作了宇宙大爆炸理論的第一個強有力證據。

宇宙微波布景輻射

若是宇宙發源于熾熱致密的奇點，那么，發生過大爆炸的早期宇宙必然很是熱。借使倘使早期宇宙處于高溫的狀況，即便顛末上百億年的空間膨脹和冷卻，這些熱量不會消逝。皮布爾斯等人展望，此刻的宇宙中還殘留著高于絕對零度幾度的布景輻射，可以在微波波段探測到。

1964年，威爾遜和彭齊亞斯兩位射電天文學家不測發現了一種各標的目的同性的輻射旌旗燈號。皮布爾斯等人很稱心識到，這個旌旗燈號就是他們此前所預言的宇宙微波布景輻射。發現宇宙微波布景輻射的兩位天文學家在1978年獲得了諾貝爾物理學獎，而皮布爾斯也終于在2019年獲得了諾貝爾物理學獎。

不雅測表白，宇宙微波布景輻射十分平均，無論朝著哪個偏向不雅測，城市領受到不異的布景輻射，溫度大約為2.725開氏度，它們是來自于宇宙春秋為38萬年時的宇宙第一縷曙光。布景輻射中存在大約百萬分之五的溫度漲落，這種極其輕細的不平均性最終激發了星系、星系團等大標準布局的形當作。各標的目的同性的宇宙微波布景輻射表白，早期宇宙處于高溫高密度的狀況，這是宇宙大爆炸的另一大自力證據。

宇宙元素品貌

在地球上，地殼中的氧、硅、鋁、鐵、鈣等元素的品貌很高，大氣的本家兒要當作分為氮氣和氧氣，但這并不料味著宇宙的元素構成也是如斯。因為放眼宇宙，地球只是九牛一毫，地球的元素品貌遠不克不及代表宇宙。

地球的質量為太陽的百萬分之三，太陽的質量達到了太陽系總質量的99.86%。經由過程光譜闡發可知，太陽質量的74%是來自于第1號元素——氫，24.9%來自于第2號元素——氦，其他重元素的質量占比很是低。進一步闡發表白，其他恒星和星云的元素組成也是近似的。總體而言，宇宙重子質量的75%是氫，24%是氦，別的1%是其他重元素，這與宇宙大爆炸模子的展望完全一致。

按照宇宙大爆炸理論，宇宙在最初幾分鐘里履歷了原初核合當作過程。當宇宙溫度降低到必然水平時，不變的氫原子核（質子）和中子就能大量形當作，氫原子核又會與中子進一步連系當作氦原子核。當空間進一步膨脹，宇宙敏捷降溫，其他更重元素沒有前提被合當作出來，它們都是來自于后來的恒星核聚變、超新星爆發以及中子星碰撞。

按照質量比例，太始核合當作會發生3:1的氫和氦，這個預言與不雅測成果完全一致。是以，宇宙元素品貌是宇宙大爆炸的又一個主要證據。

星系演化和宇宙平均性

光的傳布速度不是無限的，它們在一年的時候里只能傳布1光年的距離。是以，當我們不雅測宇宙時，我們看到的都是曩昔的宇宙，并且看得越遠，看到的時候越早，例如，我們看到的太陽是8.3分鐘之前，織女星是25年之前，三角座星系是300萬年之前。

哈勃太空千里鏡可以或許讓我們看到艱深的宇宙，從而讓我們知道早期宇宙的環境。哈勃不雅測了一系列距離分歧的星系，它們代表了分歧期間的星系，這樣我們就能領會到星系的演化。哈勃極深場讓我們看到了132億年前的星系，而最早的星系甚至可以追溯到宇宙降生只有4億年之時，也就是134億年之前。

與今朝的星系比擬，遙遠星系的尺寸凡是更小，外形比力不法則，發育加倍不全，它們包含更多的年青恒星，看起來更藍。也就是說，跟著時候的推移，星系在不竭當作長和演化，宇宙中的星系最初是星云形當作而來的，這也能證實宇宙大爆炸模子。

別的，固然宇宙中的星系會在某些處所堆積形當作星系團等大標準布局，但在更大規模上，宇宙長短常平均的，其一致性可達99.99%，這也是宇宙平均膨脹和演化的有力證據。

總之，多種自力的證據都指標的目的了統一個成果——宇宙曾經有一個初步，早期宇宙比此刻更小更熱更密。固然宇宙大爆炸理論還不盡完美，但它是今朝描述宇宙發源和演化的最好理論，將來還會不竭獲得完美。

發表于 2019-11-25 02:00
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