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【史海拾贝】宇宙起源研究简史

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一楼祭度娘,
之前发过一个物理学里面的量子力学研究简史,现在发一个物理学和宇宙学交叉学科的研究简史。
PS:本人好宝宝……


IP属地:湖南1楼2012-05-19 00:35回复
    1,17世纪以前:有史以来,关于宇宙是否存在开端一直是一个争论不休的哲学话题。亚里士多德认为宇宙永恒,不存在开端。犹太教徒、基督教徒和伊斯兰等则相信神创论,因此宇宙的历史是有限的。在现代科学诞生之前,宇宙起源只能停留在空想阶段。
    2,1610年,德国数学家、天文学家开普勒用黑暗的夜空证明宇宙有限。如果宇宙无穷且永恒不变,那么不论朝天空中哪个方向看过去,最终都会遇上恒星,因此夜空应该像太阳一样耀眼——显然这与事实不符。
    3,1791年,英国医生、自然哲学家、诗人伊拉斯谟·达尔文在一首名为<The Botanic Garden>的诗中,首次描述了一个在膨胀和收缩过程中不断循环的宇宙。他是进化论之父查尔斯·达尔文的祖父。
    4,1848年,美国著名诗人、短篇小说家艾伦坡在一本名为<Eureka>的散文诗集中提出设想:一个有限的宇宙起源于一粒“原始粒子”,在一种排斥力的作用下向外膨胀,产生出宇宙中所有的物质;物质均匀分散在整个空间,在引力作用下聚集成团,形成恒星和恒星系统;引力再使这个物质宇宙收缩,最终回到“原始粒子”状态,以便开始下一次膨胀与收缩的轮回。不过没有人将这一设想视为科学假说。
    5,1912年,美国天文学家维斯托·斯里夫发现,大多数螺旋星云都在远离地球。他当时并未意识到这项发现对宇宙学的意义,也不知道这些“星云”其实是银河系外的星系。


    IP属地:湖南2楼2012-05-19 00:37
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      2025-06-04 18:25:09
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      6,1916年,爱因斯坦发表广义相对论。广义相对论的宇宙学方程不存在静态解,因此宇宙要么膨胀,要么收缩,不可能静止不变。爱因斯坦认为这一结果是错误的,因此在方程中加入宇宙学常数,试图纠正这一“错误”。科学牛人啊,终于犯了个错,不容易呀!!!
      7,1922年,苏联宇宙学家、数学家亚历山大·弗里德曼发现了广义相对论场方程的膨胀宇宙解。他是第一位抛弃宇宙学常数,将广义相对论应用到宇宙学上的科学家,从理论上预言了宇宙的膨胀。
      8,1927年,比利时天主教牧师乔治·勒迈特在广义相对论的基础上,提出宇宙起源于一个“原始粒子”的“爆发”。宇宙起源的这一“原始原子”模型,是后来宇宙大爆炸理论的原型。但是,按照广义相对论,“原始原子”是个密度无穷大的奇点,让很多物理学家感觉很不自然(这个“原始原子”多么像“道生一”的“道”啊!)
      9,1929年,美国天文学家埃德温·哈勃发现,相对于地球,星系在各个方向上远去速度正比于它们到地球的距离。换句话说,任何两个星系之间距离越大,它们彼此远离的相对速度也就越大——这意味着宇宙正在膨胀。爱因斯坦接受了这一事实,放弃了宇宙学常数,称这是他“一生中犯过的最大错误”。
      10,1934年,美国数学物理学家理查德·托尔曼把热力学应用到宇宙学,提出了震荡宇宙学模型。该模型认为,宇宙最终会收缩到一个高密度状态,然后再开始重新膨胀;目前的宇宙也是以前宇宙收缩反弹后开始膨胀的。这个模型似乎可以绕开密度无穷大的奇点。
      11,1948年,美籍俄裔理论物理学家、宇宙学家乔治·伽莫夫和他的学生拉尔夫·阿尔菲发展了勒梅特的模型,成功解释了宇宙中占物质总量99%的氢、氦元素的形成和相对比例。他们还预言宇宙中存在温度为5K-10K的黑体辐射,是早期宇宙中10亿K的高温留存至今的“余热”。至此,大爆炸模型已初具雏形。


      IP属地:湖南3楼2012-05-19 00:38
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        12,1948年,英国天文学家弗雷德·霍伊尔及其同事提出稳恒态宇宙模型。该模型承认宇宙膨胀,但认为物质会持续不断地产生,以维持宇宙状态的稳恒不变。这样一个宇宙永恒存在,因而没有开端。这一模型成了大爆炸理论的强有力竞争者。
        13,1965年,美国工程师阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊意外发现了宇宙微波背景辐射,这正是伽莫夫等人预言的大爆炸“余热”。霍伊尔的稳恒态宇宙无法解释背景辐射的存在,因而在宇宙学竞争中败下阵来。不过,微波背景辐射在所有方向上温度都高度均匀,这一点热大爆炸理论无法解释,这个问题被称为“世界难题”。
        


        IP属地:湖南4楼2012-05-19 00:41
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          14,1970年英国理论物理学家史蒂芬·霍金及其同事证明奇点是爱因斯坦广义相对论的本质特征。在广义相对论的框架中,大爆炸起始处的奇点不可避免,连震荡宇宙学模型也都绕不开奇点。从此,大部分宇宙学家接受了“宇宙存在起点,年龄有限”的观点。但是,奇点处的物理过程,必须将广义相对论与量子力学结合在一起,才能够正确描述。
          15,1980年,美国理论物理学家、宇宙学家阿兰·古斯提出宇宙暴涨模型,认为宇宙在大爆炸最初极短的时间内,经历过一场疯狂的加速膨胀。这个模型不仅解释了微波背景辐射的“视界难题”,还解决了宇宙平坦性问题等其他困扰大爆炸理论的难题。但暴涨本身为什么会发生,这个问题还没有定论。(学物理学的同学有福了,赶紧加油研究吧!)


          IP属地:湖南5楼2012-05-19 00:47
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            16,1988年,意大利物理学家卡洛·罗韦利和美国理论物理学家李·斯莫林提出了量子引力论的一个候选理论——圈量子引力论。该理论预言,时空由“时空原子”构成,空间中能够容纳的物质和能量是有限的。但这一理论是否正确,还有待未来实验或观测的证实。
            17,2003年-2005年,美国航空航天局的WMAP探测器,公布了对宇宙微波背景辐射的一年期观测结果,结合其他宇宙学观测,确定大爆炸发生于137亿年前,并精确测定了宇宙物质构成等宇宙学参数。2005年公布的三年期观测结果,为暴涨模型提供了新的证据。
            18,2006年,印度裔物理学家阿沛·阿什特卡尔及其同事,将圈量子引力论应用于简化的宇宙学模型。他们模拟了量子波在大爆炸时的传播,以此描述宇宙大小的变化。模拟结果类似于宇宙学模型,但是避免了奇点的出现。在他们的模型中,大爆炸并非宇宙起点。
            19,2007年,德裔物理学家马丁·博约沃尔德研究发现,尽管圈量子引力论可以避免大爆炸奇点,但大爆炸极早期强烈的量子涨落效应,会抹去此前可能存在的几乎所有信息。换句话说,宇宙患上了严重的健忘症,即便大爆炸前宇宙已经存在,我们也不太可能获得那个宇宙中的任何完整信息。
            20,2008年,WMAP公布五年期观测结果,细化了大爆炸及随后宇宙演化过程的更多细节。比如找到了证据,表明第一代恒星花了至少5亿年时间,才重新电离了宇宙中的气体,使光在宇宙中自由传播。没有任何其他理论能够像大爆炸那样,精确解释我们观测到的几乎所有宇宙现象。但大爆炸是否代表了宇宙的起点,还有待量子引力论的进一步发展。


            IP属地:湖南6楼2012-05-19 01:01
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              路过。。。。。。量子什么的最讨厌了


              IP属地:浙江7楼2012-05-19 01:01
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                但是现在来看,前沿的物理学里面它是必须的啦!


                IP属地:湖南8楼2012-05-19 01:03
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                  2025-06-04 18:19:09
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                  看不懂


                  IP属地:浙江9楼2012-05-19 01:18
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                    可以对其他学科了解一下,呵呵,这个是比较前沿的科学了。


                    IP属地:湖南10楼2012-05-19 01:22
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                      看到就头痛


                      IP属地:浙江11楼2012-05-19 01:26
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                        嘛,我知道。学微电子的表示以后也要看他们如何了


                        IP属地:浙江12楼2012-05-19 01:28
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                          我对科学的态度比较诚恳,我觉得不同于有些话题,属于“无意义的徒劳”。


                          IP属地:湖南13楼2012-05-19 01:30
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                            sure!


                            IP属地:湖南14楼2012-05-19 01:31
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                              2025-06-04 18:13:09
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                              IP属地:日本15楼2012-05-19 10:09
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