宇宙大爆炸
宇宙大爆炸，通常就咁叫大爆炸（英文：Big Bang），係個講宇宙起源嘅模型，話宇宙本來好細，忽然脹得快到無倫，好似爆炸咁。好多科學證據都支持呢個模型，尤其係宇宙微波背景輻射。以2015年普朗克衛星嘅觀測結果推算，宇宙大爆炸係發生喺約莫137.99 ± 0.21億年前[1]。
各種宇宙學模型解釋咗可觀測宇宙由最早已知時期到其後大規模結構嘅演化。[2][3][4] 呢啲模型對廣泛觀測現象提供咗全面解釋，包括輕元素嘅豐度、宇宙微波背景輻射（CMB），同埋宇宙大規模結構。
宇宙嘅一致性（即平坦性問題）係透過暴脹理論解釋嘅：喺最早期，空間出現一個極為迅速嘅膨脹。根據已知嘅物理定律，將呢個膨脹向後推算，模型描述咗一個越嚟越濃縮嘅宇宙，並且喺初始奇點之前，時空失去咗意義（通常稱為「大爆炸奇點」）。[5] 而目前物理學仍然缺乏被廣泛接受嘅量子重力理論，去模擬大爆炸最早期嘅條件。
1964年，科學家發現咗CMB，呢個發現令好多宇宙學家相信穩態模型已經證偽咗，因為大爆炸模型預測咗由過去高溫高密度造成嘅均勻背景輻射。[6] 大量嘅實證數據強烈支持大爆炸事件，呢個理論而家基本上被普遍接受。[7] 詳細嘅宇宙膨脹率測量顯示，大爆炸奇點估計發生喺13.787±0.020 十億年前，呢個數字被視為宇宙年齡。[8]
然而，依然有部分觀測到嘅宇宙現象未被大爆炸模型充分解釋。喺最初膨脹後，宇宙冷卻到足夠形成亞原子粒子，然後係原子。物質同反物質嘅不平衡（令呢啲情況可以發生）係未解釋嘅效應，稱為重子不對稱。呢啲原始元素——主要係氫，另外有少量氦同鋰——後嚟透過重力聚集，形成早期恆星同星系。
天文學家觀察到一種未知嘅暗物質圍繞住星系。宇宙大部分嘅引力勢能似乎都係呢種形式，而大爆炸模型同各種觀測結果顯示，呢啲額外嘅引力勢能唔係由重子物質（如普通原子）造成嘅。根據對Ia型超新星紅移嘅測量，顯示宇宙加速膨脹，呢種現象被歸因於一種未解釋嘅效應，稱為暗能量。[9]
模型嘅特徵
[編輯]大爆炸模型提供咗對多種觀察現象嘅全面解釋，包括輕元素嘅豐度、CMB、大尺度結構同哈勃定律。[10] 呢啲模型基於兩個主要假設：物理定律嘅普遍性同宇宙學原則。
物理定律嘅普遍性係相對論嘅基本原則之一。而宇宙學原則則講喺大尺度上，宇宙係均勻同各向同性嘅——即係無論喺邊個位置，宇宙睇落都一樣。[11] 呢啲概念最初只係假設，但後嚟有努力測試過。例如，第一個假設經過觀察證實，喺宇宙大部分年代中，精細結構常數最大可能偏差係10-5嘅量級。[12]
同時，廣義相對論喺太陽系同雙星系統規模上經過咗嚴格嘅測試。[13][14] 喺地球睇，大尺度嘅宇宙似乎係各向同性嘅。如果真係各向同性，咁宇宙學原則可以由更簡單嘅哥白尼原則推導出嚟，即係冇偏好嘅觀察者或者特別嘅觀點。喺呢方面，通過觀察宇宙微波背景輻射嘅溫度波動，宇宙學原則已經確認到10-5嘅程度。喺宇宙微波背景輻射視界嘅尺度上，截至1995年，宇宙已經測量到均勻性嘅上限大約係10%嘅不均勻性。[15]
視界
[編輯]大爆炸時空嘅一個重要特徵係存在粒子視界。由於宇宙有有限嘅年齡，加上光速度有限，可能有啲過去嘅事件嘅光未能夠傳到地球。呢個就定義咗一個「過去視界」，限制咗最遠可以觀察嘅物體。相反，由於空間不斷膨脹，距離更遠嘅物體後退得更快，由我哋今日發射嘅光可能永遠追唔到啲非常遠嘅物體。呢個定義咗一個「未來視界」，限制咗未來我哋可以影響嘅事件。無論係邊種視界，佢嘅存在都要睇佛利德曼–勒梅特–羅伯遜–沃爾克(FRLW)度量嘅細節，呢個度量描述咗宇宙嘅膨脹。[16]
根據我哋對早期宇宙嘅理解，應該存在一個過去視界，但實際上，我哋嘅觀察亦受限於早期宇宙嘅不透明性。所以，我哋嘅視野無法進一步回望過去，但視界喺空間上會退後。如果宇宙嘅膨脹繼續加速，未來視界亦會存在。[16]
熱化
[編輯]喺早期宇宙，有啲過程進行得太慢，相比宇宙嘅膨脹速度，冇足夠時間達到熱力學平衡。但有啲過程夠快，可以達到熱化。通常用嚟判斷一個過程喺早期宇宙中有冇達到熱平衡嘅參數，係過程嘅速率（通常係粒子之間嘅碰撞速率）同哈勃參數嘅比值。呢個比值越大，粒子有越多時間熱化，喺佢哋相隔得太遠之前。[17]
時間線
[編輯]根據大爆炸理論，宇宙喺開頭時候係好熱同埋好密，從嗰陣開始就一路膨脹同冷卻。
奇點
[編輯]假如冇一個完全宇宙學原理，根據廣義相對論將宇宙膨脹時間向後推算，會得出一個無限嘅密度同溫度喺有限時間之前發生嘅結果。[18] 呢種唔規則嘅行為，即係引力奇點，顯示廣義相對論唔足夠描述呢種物理規律喺呢種極端情況。基於廣義相對論嘅模型冇辦法完整推算到奇點嘅情況。[5] 某啲提議，例如出現宇宙模型，會用另一個宇宙階段取代呢個奇點。另一種方法認為初始奇點係某啲大爆炸理論模型中喺大爆炸事件之前存在嘅引力奇點。[19]Template:澄清呢個原始奇點有時會被稱為“大爆炸”，[20] 但呢個術語亦可以指一個更加通用嘅早期熱而密嘅階段[21]喺宇宙歷史上嘅某一點，可以驗證宇宙進入咗一個狀態，呢個狀態下物理定律（特別係廣義相對論同粒子物理標準模型）適用。根據利用Ia型超新星進行嘅膨脹測量同宇宙微波背景嘅溫度波動測量，自嗰事件發生以嚟嘅時間，即係“宇宙年齡”，係138億年。[1]
儘管喺呢個時間密度極高，甚至遠遠高於形成黑洞所需嘅密度，宇宙冇再次塌縮成一個奇點。解釋引力塌縮嘅常用計算通常係基於相對固定大小嘅物體，例如恒星，唔適用於大爆炸呢種快速膨脹嘅空間。由於早期宇宙冇即刻塌縮成一堆黑洞，當時嘅物質必須係非常均勻分佈，密度梯度可以忽略不計。[22]
膨脹同重子生成
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參考資料
[編輯]- ↑ 1.0 1.1 Planck Collaboration (2015). "Planck 2015 results. XIII. Cosmological parameters (See PDF, page 32, Table 4, Age/Gyr, last column)". Astronomy & Astrophysics. 594: A13. arXiv:1502.01589. Bibcode:2016A&A...594A..13P. doi:10.1051/0004-6361/201525830.
- ↑ Silk 2009, p. 208.
- ↑ Singh 2004, p. 560本書限制喺532頁內，請求正確嘅來源頁面。
- ↑ NASA/WMAP Science Team (6 June 2011). "Cosmology: The Study of the Universe". Universe 101: Big Bang Theory. 華盛頓: NASA. 原先內容歸檔喺2011年6月29日. 喺2019年12月18日搵到.
第二部分討論大爆炸理論經典測試，證明其作為我哋宇宙最有可能嘅有效描述。
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