你知道大爆炸的各種宇宙學模型嗎？它解釋了什麼你瞭解嗎？

大爆炸事件是描述

宇宙如何從高

密度

和

高溫

的初始狀態膨脹的

物理理論

。

大爆炸的各種

宇宙學模型

解釋了

可觀測宇宙

從

最早的已知時期

到隨後的大尺度形式的演化。

這些模型為廣泛的觀測現象提供了全面的解釋，包括

輕元素

的丰度、

宇宙微波背景

（CMB）

輻射

，和

大型結構

。宇宙的整體均勻性，被稱為

平坦度問題

，可以透過

宇宙膨脹

來解釋：在最早的時刻，空間突然且非常迅速地膨脹。然而，物理學目前缺乏一個被廣泛接受的

量子引力

理論，可以成功地模擬大爆炸的最早條件。

至關重要的是，這些模型符合

哈勃

-勒梅特定律——觀察到

星系

離地球越遠，它遠離地球的速度就越快。

使用已知的物理定律

及時向後推斷這種

宇宙膨脹

，這些模型描述了一個越來越集中的宇宙，其前有一個空間

和時間

失去意義的

奇點（通常稱為

“

大爆炸奇點

”）。

1964年CMB被發現，這使許多宇宙學家相信宇宙演化的競爭

穩態模型已被

證偽

，

因為大爆炸模型預測在遙遠的過去由高溫和高密度引起的均勻背景輻射。廣泛的經驗證據強烈支援大爆炸事件，現在基本上已被普遍接受。

對宇宙

膨脹率的詳細測量將大爆炸奇點估計在

13。787 ± 0。20

億

年前，這被認為是

宇宙的年齡

。

大爆炸模型尚未充分解釋所觀察到的宇宙的某些方面。在最初的膨脹之後，宇宙冷卻到足以形成

亞原子粒子

，然後是

原子

。

導致這種情況發生的物質和反物質

的不等丰度是一種無法解釋的效應，稱為

重子不對稱性

。這些原始元素

——主要是

氫

，還有一些

氦

和

鋰

——後來透過

引力

結合，形成了早期的

恆星

和星系。天文學家觀察未知

暗物質的引力效應

周圍的星系。宇宙中的大部分

引力勢

似乎都是這種形式，大爆炸模型和各種觀測表明這種多餘的引力勢不是由

重子物質

產生的，例如普通原子。

對超新星

紅移的測量表明

宇宙正在加速膨脹

，這一觀察結果歸因於一種無法解釋的

暗能量

現象。

大爆炸模型為廣泛的觀測現象提供了全面的解釋，包括

輕元素

的丰度、

CMB

、

大尺度結構

和

哈勃定律

。

這些模型取決於兩個主要假設：物理定律的普遍性和

宇宙學原理

。物理定律的普遍性是

相對論

的基本原理之一。宇宙學原理指出，在大尺度上，

宇宙

是

均勻

且

各向同性

的

——無論位置如何，在所有方向上都一樣。

這些想法最初被視為假設，但後來努力檢驗它們中的每一個。例如，第一個假設已經透過觀測得到檢驗，表明

精細結構常數

在宇宙大部分年齡的最大可能偏差為

10

-5

階。

此外，

廣義相對論

已經通過了

太陽系

和

雙星

尺度的嚴格

檢驗

。

從地球上看，大尺度宇宙呈現各向同性。為此，透過對

CMB溫度的觀測，宇宙學原理已被確認到10

-5的水平。

在

CMB視界的尺度上，截至1995年，宇宙已被測量為均勻的，上限

為

10%的不均勻性。

宇宙的膨脹是從二十世紀初的天文觀測中推斷出來的，是大爆炸模型的重要組成部分。在數學上，廣義相對論透過一個

度量來描述

時空

，它決定了附近點之間的距離。這些點可以相對於星系、恆星或其他物體，使用在所有時空中鋪設的

座標圖或

“網格”來指定。

宇宙學原理暗示度量在大尺度上應該是均勻和各向同性的，這獨特地挑出了

Friedmann–Lemaitre–Robertson–Walker（FLRW）度量

。該指標包含

比例因子

，它描述了宇宙的大小如何隨時間變化。這使得可以方便地選擇一個

座標系

，稱為

comovingcoordinates

。在這個座標系中，網格隨著宇宙膨脹而膨脹，只因

宇宙膨脹而

移動的物體保持在網格上的固定點。雖然它們的

座標

距離（

同動距離

）保持不變，但兩個這樣的同動點之間的

物理

距離隨宇宙的比例因子成比例地擴大。

大爆炸不是

物質

向外移動以填充空曠宇宙的爆炸。取而代之的是，空間本身隨時間到處膨脹，並增加了共同移動點之間的物理距離。也就是說，大爆炸不是空間的爆炸

，

而是空間的

膨脹

。

由於

FLRW度量假設質量和能量均勻分佈，因此它僅適用於我們的大尺度宇宙——像我們銀河系這樣的區域性物質集中不一定以與整個宇宙相同的速度膨脹。