银河系 为什么宇宙会被认为诞生于奇点大爆炸?

宇宙最初如何诞生,这一巨大问题一直困扰着人类。但随着现代天文学的发展,人类逐渐认识到了宇宙的起源方式,天文学家提出了宇宙大爆炸理论。这一理论已经得到了四个独立的科学证据的支持,它成为人类对宇宙创生的最好认知。
(1)退行的星系
银河系|为什么宇宙会被认为诞生于奇点大爆炸?】这是宇宙大爆炸理论的第一个有力证据,由哈勃在上个世纪初发现。宇宙并非像此前人们所想的那样是静态的,大量远离银河系而去的星系表明,空间结构在扩张,宇宙本身在膨胀,由此导致宇宙中的大部分星系被互相拉开。哈勃的这一发现不但支持了宇宙大爆炸理论,而且也让认为宇宙是静态的爱因斯坦犯下了大错。
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既然星系之间都在远离,那么,如果时间回到过去,星系之间的距离会比现在更近。如果时间回溯到开端(距今138亿年),宇宙中的所有物质和能量都会聚集在一起,空间结构也不存在,宇宙就回到了最初的状态——奇点。
(2)宇宙微波背景辐射
既然早期宇宙中的物质和能量都会聚集在一起,这意味着那时宇宙非常致密,温度非常高。虽然宇宙空间已经膨胀了138亿年,整个宇宙已经大幅度冷却,但炽热的早期宇宙将会留下热残余,即便是现在还能被探测到。
在1964年,天文学家发现了理论预言中的宇宙微波背景辐射,这是早期宇宙的余辉。经过138亿年的冷却之后,宇宙的平均温度降低至2.725 K(-270.425 ℃)。
(3)演化的星系
既然宇宙有一个诞生过程,那么,星系也必然有一个形成过程。由于光速是有限的,当我们观测遥远的宇宙时,我们看到的是久远之前的宇宙。
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目前的天文望远镜可以让我们看到134亿年前的星系,那个时候的星系还处于初始形态,完全不同于目前的星系。从哈勃深场、超深场、极深场中可以看到非常原始的星系,经过上百亿年的漫长时间演化之后,原始星系才最终演化成像银河系这样的成熟星系。
(4)宇宙元素丰度
如果宇宙大爆炸理论是正确的,那么,宇宙在诞生数分钟之后只合成了轻元素,其中75%为氢,25%为氦。重元素都是在与恒星形成之后才被合成出来,它们在宇宙中的占比非常低。
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通过光谱分析可知,宇宙的元素丰度正如理论预言那样。目前的宇宙中仍然主要由氢和氦组成,无论是在整个太阳系,还是整个银河系都是如此。当然,包括地球在内的一些天体的元素丰度并不遵循上述比例,这与行星的形成方式有关。
宇宙大爆炸理论不仅可以对已经观测到的现象进行有效描述,而且还能准确预言尚未发现的宇宙现象。虽然在上述四个独立的科学证据的有力支持下,宇宙大爆炸理论还不尽完美,但这个理论是目前最被广泛接受的宇宙起源理论。
至于大爆炸之前的宇宙是什么,这是目前理论所无法描述的。但大部分天文学家认为,时间在开端之前并不存在,并没有大爆炸之前的概念。

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