本世紀(jì)重大天體物理問(wèn)題：星系形成與演化
宇宙從何而來(lái)？由大量恒星組成又作為宇宙基本單元的星系是如何形成和演化的？趙剛向記者推薦畢洪、鄒振隆 、陳學(xué)雷撰寫(xiě)的《宇宙大爆炸》一文，回答這一問(wèn)題。
300多年前，牛頓認(rèn)為：宇宙永恒存在，且空間無(wú)邊無(wú)際。20世紀(jì)，一些科學(xué)家包括愛(ài)因斯坦、勒梅特、伽莫夫等，徹底顛覆了這種見(jiàn)解。經(jīng)研究和觀測(cè)證實(shí)，宇宙起源于一次“大爆炸”。
“大爆炸”理論認(rèn)為，大約137億年前，宇宙從極端高溫高密狀態(tài)起源，此后隨其體積膨脹和溫度下降，以質(zhì)子、中子等基本粒子形態(tài)存在的物質(zhì)，最先結(jié)合形成氘、氚、氦、鋰等較輕元素；隨后進(jìn)一步冷卻形成恒星，在恒星內(nèi)部合成碳、氧、硅、鐵等重元素；再拋射到周?chē)纬尚行?；最終，像地球這樣條件適合的行星演化出生命，成為目前的宇宙。
1905年，愛(ài)因斯坦提出狹義相對(duì)論；10年之后，他又提出廣義相對(duì)論。相對(duì)論同量子論一起推動(dòng)了20世紀(jì)物理學(xué)革命，亦為從整體上研究哈勃發(fā)現(xiàn)的星系宇宙，奠定了理論基礎(chǔ)。
20世紀(jì)20年代，天文界圍繞星系是否為銀河系一部分的問(wèn)題，曾展開(kāi)一場(chǎng)大討論。就在這時(shí)，天文界新秀埃德溫·哈勃來(lái)到美國(guó)威爾遜天文臺(tái)。1922年～1924年期間，他分析一批造父變星亮度之后斷定，這些造父變星和它們所在的星云距地球遠(yuǎn)達(dá)幾十萬(wàn)光年，因而一定位于銀河系外。1925年，他根據(jù)河外星系形狀對(duì)其分類(lèi)，又得出第二個(gè)重要結(jié)論：星系看起來(lái)都在遠(yuǎn)離地球而去，且距離越遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離速度越高。哈勃于1929年發(fā)表的這個(gè)初步結(jié)論后來(lái)被更多觀測(cè)所證實(shí)，成為人們公認(rèn)的“哈勃定律”。
“哈勃定律”的重要意義在于，它表明宇宙并非如天文界以前認(rèn)為的那樣是靜止的；它顯示出宇宙中的星系就像一個(gè)膨脹氣球上的斑點(diǎn)，隨膨脹而退行已達(dá)100億年～200億年，從而為此前弗里德曼和勒梅特的膨脹宇宙模型提供了觀測(cè)依據(jù)。
1946年，一位移居美國(guó)的蘇聯(lián)科學(xué)家探索宇宙中基本元素如何形成問(wèn)題。他堅(jiān)信，高熱爆炸產(chǎn)生的輻射，即使是在100多億年后的今天，亦不會(huì)完全消失。
這一預(yù)言被后來(lái)的觀測(cè)研究證實(shí)：微波背景輻射即是大爆炸的“余燼”；隨著宇宙不斷膨脹，其背景輻射溫度亦逐漸降低，迄今相當(dāng)于絕對(duì)溫度２．７度即零下２７０．４６攝氏度黑體發(fā)出的微波輻射。所謂黑體，是指能全部吸收外來(lái)電磁輻射而毫無(wú)反射和透射的理想物體。黑體發(fā)出的輻射在不同波長(zhǎng)上的分布，僅與黑體溫度有關(guān)。
1989年的一個(gè)早晨，美國(guó)航空航天局將COBE衛(wèi)星送上太空。COBE最初9分鐘的觀測(cè)結(jié)果就表明，宇宙微波背景輻射具有完美的黑體輻射譜。宇宙大爆炸理論進(jìn)一步得到證實(shí)。
兩名美國(guó)學(xué)者約翰·馬瑟和喬治·斯穆特，根據(jù)ＣＯＢＥ衛(wèi)星測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，宇宙微波背景輻射與絕對(duì)溫度２．７度黑體輻射非常吻合，此外微波背景輻射在不同方向上溫度有著極其微小的差異，亦即是說(shuō)存在所謂的各向異性。
2006年12月3日，瑞典皇家科學(xué)院宣布，將該年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家約翰·馬瑟和喬治·斯穆特，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性。
諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)發(fā)布的公報(bào)說(shuō)，馬瑟和斯穆特的成果有助于研究早期宇宙，并能幫助人們更多地了解星系和恒星的起源。 （大眾科技報(bào) 朱廣菁）
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