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第一章 宇宙探索
1.3 宇宙大爆炸假說
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宇宙大爆炸(Big Bang)僅僅是一種學說，是根據天文觀測研究后得到的一種設想。 大約在150億年前，宇宙所有的物質都高度密集在一點，有著極高的溫度，因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物質開始向外大膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。大爆炸的整個過程是復雜的，現在只能從理論研究的基礎上，描繪過去遠古的宇宙發展史。在這150億年中先后誕生了星系團、星系、我們的銀河系、恒星、太陽系、行星、衛星等?，F在我們看見的和看不見的一切天體和宇宙物質，形成了當今的宇宙形態，人類就是在這一宇宙演變中誕生的。
　　【宇宙的不斷膨脹】
　　科學家認為它起源為137億年前之間的一次難以置信的大爆炸。這是一次不可想像的能量大爆炸，宇宙邊緣的光到達地球要花120億年到150億年的時間。大爆炸散發的物質在太空中漂游，由許多恒星組成的巨大的星系就是由這些物質構成的，我們的太陽就是這無數恒星中的一顆。原本人們想象宇宙會因引力而不在膨脹，但是，科學家已發現宇宙中有一種 “暗能量”會產生一種斥力而加速宇宙的膨脹。[來源:21世紀教育網]
　　大爆炸后的膨脹過程是一種引力和斥力之爭，爆炸產生的動力是一種斥力，它使宇宙中的天體不斷遠離；天體間又存在萬有引力，它會阻止天體遠離，甚至力圖使其互相靠近。引力的大小與天體的質量有關，因而大爆炸后宇宙的最終歸宿是不斷膨脹，還是最終會停止膨脹并反過來收縮變小，這完全取決于宇宙中物質密度的大小。
　　理論上存在某種臨界密度。如果宇宙中物質的平均密度小于臨界密度，宇宙就會一直膨脹下去，稱為開宇宙；要是物質的平均密度大于臨界密度，膨脹過程遲早會停下來，并隨之出現收縮，稱為閉宇宙。 [21世紀教育網][來源:21世紀教育網]
　　問題似乎變得很簡單，但實則不然。理論計算得出的臨界密度為5×10^-30克/厘米3。但要測定宇宙中物質平均密度就不那么容易了。星系間存在廣袤的星系間空間，如果把目前所觀測到的全部發光物質的質量平攤到整個宇宙空間，那么，平均密度就只有2×10^-31克/厘米3，遠遠低于上述臨界密度。
　　然而，種種證據表明，宇宙中還存在著尚未觀測到的所謂的暗物質，其數量可能遠超過可見物質，這給平均密度的測定帶來了很大的不確定因素。因此，宇宙的平均密度是否真的小于臨界密度仍是一個有爭議的問題。不過，就目前來看，開宇宙的可能性大一些。 [來源:21世紀教育網]
　　恒星演化到晚期，會把一部分物質（氣體）拋入星際空間，而這些氣體又可用來形成下一代恒星。這一過程會使氣體越耗越少，以致最后再沒有新的恒星可以形成。10^14年后，所有恒星都會失去光輝，宇宙也就變暗。同時，恒星還會因相互作用不斷從星系逸出，星系則因損失能量而收縮，結果使中心部分生成黑洞，并通過吞食經過其附近的恒星而長大。
　　10^17～10^18年后，對于一個星系來說只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星，這時，組成恒星的質子不再穩定。當宇宙到10^24歲時，質子開始衰變為光子和各種輕子。10^32歲時，這個衰變過程進行完畢，宇宙中只剩下光子、輕子和一些巨大的黑洞。
　　10^100年后，通過蒸發作用，有能量的粒子會從巨大的黑洞中逸出，并最終完全消失，宇宙將歸于一片黑暗。這也許就是開宇宙末日到來時的景象，但它仍然在不斷地、緩慢地膨脹著。
　　閉宇宙的結局又會怎樣呢？閉宇宙中，膨脹過程結束時間的早晚取決于宇宙平均密度的大小。如果假設平均密度是臨界密度的2倍，那么根據一種簡單的理論模型，經過400～500億年后，當宇宙半徑擴大到目前的2倍左右時，引力開始占上風，膨脹即告停止，而接下來宇宙便開始收縮。 [21世紀教育網][來源:21世紀教育網]
　　以后的情況差不多就像一部宇宙影片放映結束后再倒放一樣，大爆炸后宇宙中所發生的一切重大變化將會反演。收縮幾百億年后，宇宙的平均密度又大致回到目前的狀態，不過，原來星系遠離地球的退行運動將代之以向地球接近的運動。再過幾十億年，宇宙背景輻射會上升到400開，并繼續上升，于是，宇宙變得非常熾熱而又稠密，收縮也越來越快。

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