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大设计

_13 史蒂芬·霍金(美)
可视化作为一个扩大气球表面的宇宙点和所有的星系上
这表面。这张照片清楚地说明了为什么远星系后退的速度比附近的。
例如,如果气球的半径增加一倍每个小时,然后在任意两点间的距离
气球上的每一个小时星系将增长一倍。如果在一段时间分别为1英寸的两个星系外,一
一小时后,他们将是2英寸远,他们似乎是彼此相对运动
在1英寸的速度每小时。但是,如果他们开始2英寸远,一小时后,他们将被分开
4英寸,似乎在移动,相互距离在每小时2英寸的速度。
这正是哈勃发现:越远的星系,它的速度远离我们。
重要的是要认识到,空间的扩展不影响大小的物质对象
如星系,恒星,苹果,原子或其他对象持有的某种力量排序在一起。对于
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例如,如果我们盘旋一个气球上的星系团,这个圈子会不会扩大为
气球扩大。相反,因为星系的引力约束力量,圆和
它的星系内将保持作为气球扩大其规模和配置。这是
重要,因为我们可以发现只有当我们扩展的测量仪器有固定的大小。如果
一切都可以自由地展开,然后我们,我们的尺度,我们的实验室,等等都将
扩大比例,我们是不会注意到任何区别。
宇宙是膨胀的消息爱因斯坦。但可能性,即星系
正在从对方已经提出了几年前哈勃的文件上
从爱因斯坦的方程所产生的理论依据。 1922年,俄罗斯物理学家,
数学家亚历山大弗里德曼调查会发生什么,在一个模型为基础的宇宙
在两个假设,大大简化了数学:看起来相同的宇宙中
每一个方向,而且它的容貌,从每一个观测点的方式。我们知道,
弗里德曼的第一个假设是不完全真实的宇宙幸运的不统一
无处不在!如果我们在一个方向向上凝视,我们可能会看到太阳,另一个在月球或一
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吸血蝙蝠的殖民地迁移。但宇宙确实出现了在每个大致相同
方向上观看时规模要大得多,甚至比大星系之间的距离。
这就像在看森林下来的东西。如果你接近的话,你可以辨认出个人
叶,或至少树木,以及它们之间的空间。但是,如果你这么高了,如果你先
它涵盖了你的拇指平方英里的树木,森林会出现一个绿色的制服颜色。
我们只能说,在此范围内,森林是均匀的。
弗里德曼在他的假设的基础上能够发现一个解决方案,爱因斯坦的方程组
这在哈勃方式将很快发现是真实的扩大了宇宙。在
特别是,弗里德曼的宇宙模型开始,直至零重力扩大规模
吸引减缓下来,并最终导致它崩溃时本身。 (有,事实证明,
两个爱因斯坦的方程的解其他类型也满足的假设
弗里德曼的模型,对应一个宇宙中永远的继续扩展,
虽然它确实慢了一点,另一个在其中的宇宙膨胀速度减缓对
为零,但从未完全达到它。)弗里德曼去世后,生产这个工作了几年,他的
意见后,才大体上哈勃的发现不明。但在1927年物理系教授
和罗马天主教牧师的名字命名乔治勒梅特提出了类似的想法:如果您跟踪
宇宙历史的倒退到过去,它得到tinier和tinier直到你来时一
创建事件我们现在所谓的大爆炸。
不是每个人都喜欢在大爆炸的图片。事实上,所谓“大爆炸”是在1949年创造的
剑桥大学天体物理学家弗雷德霍伊尔,谁在一个宇宙,扩大永远相信,而且
意味着作为嘲弄描述的术语。第一个支持这个想法没有直接观察
要到1965年,随着发现,有一个微弱的微波背景整个
空间。这种宇宙微波背景辐射,或CMBR,因为这是你在同一
微波炉,但更强大。你可以自己观察CMBR通过调整
电视到一个未使用的通道一雪,你在屏幕上看到几个百分点会引起
由它。辐射意外发现了两个贝尔实验室的科学家们试图消除这种
从静态的微波天线。起初,他们认为可能是来自静态的
在他们的仪器栖鸽子粪便,但事实证明他们的问题有更
有趣的原产地的CMBR是遗留下来的早期非常热和密集的宇宙辐射,超过
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本来就已经存在大爆炸后不久。随着宇宙的膨胀,直到它冷却
只是淡淡的辐射成了我们现在看到的残余。目前,这些微波炉可以热
你的食物只有约-270摄氏度,绝对零度以上3度,而不是非常
有用的膨化玉米。
天文学家还发现了大爆炸的图片,支持其他指纹一热,小初
宇宙。例如,在第一分钟左右,宇宙本来比热
中心的一个典型的明星。在此期间,整个宇宙就会采取行动作为核聚变
反应堆。的反应将不再当宇宙的膨胀和冷却充分,但
该理论可以预测,这应该离开以氢气为主组成的宇宙,但也
约百分之二十三氦,锂与痕迹(更重的元素都进行了后来在恒星)。
计算是与氦,氢的数额吻合,我们和锂
观察。
氦丰度的测量和CMBR的青睐提供了令人信服的证据
极早期宇宙的大爆炸的图片,但尽管人们能想到的图片作为一个大爆炸
早期有效的描述,这是错误采取大爆炸字面上看,就是要想到
爱因斯坦的理论为提供了宇宙起源的真实写照。这是因为一般
相对论预言存在是在时间点的温度,密度和曲率
宇宙都是无限的,这种情况数学家叫奇。对于一个物理学家,这意味着
爱因斯坦的理论,打破了在这一点上,因此不能用来预测如何
宇宙开始时,只有它是如何进化之后。所以,虽然我们可以采用方程
广义相对论和天空的观察,了解我们的宇宙在一个非常年轻的
年龄,这是不正确的图片进行大爆炸所有的方式回到起点。
我们会到宇宙的起源问题不久,但首先对前几个字
第二阶段的扩张。物理学家称之为通货膨胀。除非你住在津巴布韦,
通货膨胀超过200,000,000百分之最近,这个词可能听起来不是很爆炸。
但据保守估计,即使在这段宇宙膨胀,宇宙
扩大了1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000因素
在.00000000000000000000000000000000001第二。这就像一个硬币的直径1厘米
突然刮起了一千万次的银河系的宽度。这似乎违反
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相关性,这就决定了没有任何东西可以比光移动更快,但这个速度极限不
适用于空间本身的扩展。
认为这样一个上涨的时期可能已经发生的想法是在1980年首次提出,根据
在考虑因素超越爱因斯坦的广义相对论,并考虑到
量子理论方面。由于我们没有一个完整的量子引力理论,详情
仍在拟定中,和物理学家不能确定到底发生了通货膨胀。但
根据这一理论,通货膨胀造成的扩大将不会完全一致,因为
预测传统的大爆炸情况。这些违规行为将产生微小
变化在不同的方向CMBR温度。变化太小
已观察到20世纪60年代,但他们在1992年首次发现美国宇航局COBE的
卫星,后来衡量其继任者,WMAP探测器于2001年发射卫星。因此,
我们有信心,通货膨胀确实发生。
讽刺的是,虽然在CMBR微小变化是通货膨胀的证据,其中一个原因是通货膨胀
重要的概念是对的CMBR温度近乎完美的统一。如果你把
其中的一部分比其周围的热对象,然后等待,热点将增长凉爽
周围环境温暖,直到物体的温度均匀。同样,人们会
预计宇宙最终有一个统一的温度。但是,这个过程需要时间,如果
通货膨胀并没有发生,就不会一直在宇宙历史足够的时间
在远隔地区热量平衡,假设,这种热传递速度
受限于光速。一个非常迅速扩展(比光速更快)期间
补救措施,因为本来的均衡足够的时间发生在
早期宇宙中极其微小的通货膨胀之前。
通货膨胀说明至少在这个意义上,在大棒棒,它代表的是扩张
更为极端的预测比扩张传统的一般大爆炸理论
相对论的时间间隔内,通货膨胀率发生。问题是,对于我们的理论
通货膨胀的工作模式,宇宙的初始状态,必须设置在一个非常特殊和
极不可能的方式。因此,传统的通胀理论解决一组问题而造成
另外,需要有一个非常特殊的初始状态。那一次零的问题是消除了理论
宇宙的创造我们即将来形容。既然我们不能创造雇用描述爱因斯坦的广义相对论的理论,如果我们想
描述了宇宙的起源,广义相对论,必须以更完整的理论所取代。
人们会想到需要一个更完整的理论广义相对论,即使没有破裂,
因为广义相对论没有考虑到的物质小尺度结构,这是
受量子理论。在第四章中我们提到,对大多数量子实际用途
理论并不持有的宇宙大尺度结构的相关研究多
因为量子理论适用于微观尺度上描述的性质。但是如果你去
早在足够远的时候,宇宙是小规模的普朗克,一亿兆兆的
一厘米,这是规模层次的量子理论并要考虑。因此,
虽然我们还没有一个完整的量子引力理论,我们知道的起源
宇宙是一个量子事件。因此,正如我们结合量子理论和一般
相对论,至少暂时,推导出通胀理论,如果我们想回去,即使
进一步了解宇宙的起源,我们必须把我们所知道的一般
相对论和量子理论。
要了解这个工程,我们需要明白一个道理,重力扭曲空间和时间。
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