8、【稳恒态与大爆炸的争端】

2019-03-03 作者: 野性萌叔
8、【稳恒态与大爆炸的争端】

李元道:“之前你爸爸说到阿尔菲和赫尔曼大爆炸后三分钟时氢和氦的比率。

后来,阿尔菲和伽莫父又根据当时普遍接受的理论继续计算得出。

宇宙膨胀到距大爆炸三十万年后,等离子体的温度冷却到了四千开尔文。

在这个时候,带负电荷的点子就能被带正电荷的原子核俘获。

由此就可以形成由两个氢原子组成的氢分子、氢的同位素以及氦原子。”

陈芸微微点头道:“原来氢原子和氦原子是在大爆炸三十万年以后才形成的,跟电子被俘获有关。”

“对!”李元道。

“那什么是同位素?”张奕轩问道。

“同位素就是带有同样数目的质子但是中子数不同的原子,”谢思淼道,“氢原子的原子核只有一个质子,而氘的原子核有一个质子和一个种子,氚的原子核则有一个质子和两个种子。”

“好吧,我明白了。”张奕轩微微点了点头,眉头却是紧拧着的。

张宇见他这样,便道:“没关系,这些问题就算很多大人都未必能明白,所以你也别纠结,以后你慢慢就明白了。”

“没有啊,我真明白了,是不是同位素主要看质子呗,质子的数目一样,就是同一种元素的原子,质子数一样,中子数不一样,那就是同位素咯。”

大家一听这话,互相望了一眼,都笑了。

李元道:“嗯,小轩,你的理解很到位。当电子和原子核因为带着正负电荷相互结合为原子以后,呈电中性的光子就摆脱了等离子体的束缚,开始在宇宙空间中自由运动。”

“光子?”

“对,也叫光量子,是传递电磁相互作用的基本粒子,最先是由爱因斯坦提出来的。光子是电磁辐射的载体。光子静止质量为零,以光速运动。

当光子可以自由运动以后,温度就进一步降低了,与此同时,光子的波长也在不断增加。

当宇宙膨胀到今天这样的尺度的时候,这些光子的波长就增加到微波波段了,他们充斥着整个宇宙空间,产生了宇宙微波背景辐射。”

“微波?是不是微波炉的微波?”张奕轩问。

张宇解释道:“对,就是微波炉的微波。它是无线电波中一个频带,波长在一毫米到一米之间。因为波长很小,所以微波的频率比一般的无线电波频率要高,也叫做超高频电磁波。

对于玻璃、塑料和瓷器,微波几乎是直接穿过而不被吸收,但如果是水和食物,就会吸收微波而使自身发热。如果是金属则会反射微波。

所以微波炉可以用来加热食物。”

“哇呜!真得是太神奇了!”张奕轩一脸的惊讶,“这么说来,我们宇宙岂不就是一个大大的微波炉了?”

大家听了这话,全都哈哈大笑起来。

“你这个想法非常有意思,不错,你可以把宇宙想象成是一个微波炉。”

“那为什么我们不会像微波炉里面的食物那样被烧熟呢?”张奕轩一脸的奇怪。

张宇解释道:“微波炉在发射微波的时候,每秒钟要转二十几亿圈,水和其它极性分子被电磁波带动,也以这样的速度跟着转,高频的旋转和摩擦,这就使得温度在短时间内急剧升高了。

可是我们宇宙的微波背景辐射却没有这样的强度。”

“好吧,我明白了,”张奕轩摸了摸下巴,一副若有所悟的模样。

“后来,伽莫父等人对宇宙微波背景辐射的温度进行计算,得到结果是大约5开尔文,后来他们又对这个结果进行了修改,改为50开尔文。

就在这个时候,弗雷德-霍伊尔等人也研究出了重元素是可以在恒星内部的核反应中合成的。”

“这么说来霍伊尔解决了宇宙由氢和氦两种原子变成各种各样原子的过程,他对大爆炸理论贡献不小啊!”陈芸这时开口说道。

谢思淼笑道:“确实有贡献,不过,霍伊尔却一度是大爆炸最强力的反对者。”

“哦?为什么?”陈芸道。

“因为他正是创立了稳恒态宇宙理论的人之一。”

“稳恒态宇宙?之前李老师好像提过。”

“对,”李元道,“虽然霍伊尔的主要成就是在阐明恒星重元素的构成上,但对于大多数人来说,印象最深的还是他对大爆炸理论的挑战。

有一天,霍伊尔和另外两位物理学家在一起喝酒,当时他们还很年轻,三个人喝着喝着,就把话题转到他们共同感兴趣的一个问题上了:

宇宙是如何存在至今的。

当时天文学界已证实,宇宙中所有的星系都在相互远离,大爆炸理论深入人心。

霍伊尔主要是出于哲学方面的考虑反对这个模型的。

他认为,如果宇宙有生有灭,那么物理学规律就会失去其普遍性。

从某种意义上来说,科学本身的基础就不复存在了。

想要排除这种荒谬性的唯一方案,就是时空必定是一直存在着的。

这样的话,他们三个人就一起提出了一个著名的理论,稳恒态宇宙理论。

这个理论假设宇宙在时间和空间上是无限的,并且通过一种尚不可知的机制在不断地产生出新物质。”

“不断产生新物质?那么,这些新物质是怎么产生的呢?”陈芸问。

李元道:“他们是这样认为的,星系在相互远离,但在星系的中间却不断会有新物质产生,进而形成新的恒星和星系。

这样,就可以使宇宙在整体上仍保持着均衡和稳定。

这就好比一条河,河里的每个水分子都在运动,但河流作为整体却万古不变。”

“这不是无中生有吗?违反能量守恒定律了。”陈芸道。

“对,你说得很好,霍伊尔也没法回答这个问题,但霍伊尔他们也同样有理由指责大爆炸理论引入密度无限大的奇点这个概念,这也是违反物理学规律的。

所以一时间他的稳恒态宇宙理论与大爆诈理沦不分伯仲。

前者认为宇宙是永恒存在的,没有开始。后者则认为宇宙从一个点开始,始于一场光和等离子体的大爆炸。”

“那到底最后怎么进行取舍的呢?”陈芸很好奇。

“哈哈,这个取舍的过程十分意外,谁也没有想到。”

“哦?有那么意外吗?快说来听听。”陈芸迫不及待道。

张奕轩也睁大眼睛,十分期待。

张宇和谢思淼显然已经知道答案了,只是相视一笑。

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