大爆炸 (Big Bang)

大爆炸 (Big Bang)
國立基隆女中地球科學科張仁壽老師/國立台灣師範大學地球科學系陳林文教授責任編輯

大爆炸理論是現代宇宙學中最重要的一個學說，與過去其他的宇宙模型相比，它能說明較多的觀測事實。它的主要觀點是認為我們的宇宙開始於「從熱到冷」的演化史。在這模型之下，宇宙體系並不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質密度從密到稀地演化。這一從冷到熱，從密到稀的過程如同一次規模很大的爆發。

根據大爆炸理論的觀點，在早期的宇宙，溫度極高，密度也相當大，因此能提供適當的物理條件讓中子與質子結合而形成較重的原子核。但當宇宙的溫度隨著膨脹降至5億度以下時（此時約在大爆炸後15分鐘），宇宙便不再繼續合成原子核了。而這些在宇宙最初15分鐘內產生的輕元素的數量比例，就成了檢驗大爆炸模型所預測的早期極熱宇宙的證據。當溫度降到幾千度時，輻射減退，宇宙間主要是氣態物質，氣體逐漸凝聚成氣雲，再進一步形成各種各樣的恒星體系，成為我們今天看到的宇宙。

除了上述輕元素的數量比例，大爆炸建構的宇宙模型能統一說明以下幾個觀測事實：

1. 觀測到河外天體有系統性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋，那麼紅移就反映了宇宙的膨脹。
2. 根據宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。大爆炸理論的創始人之一伽莫夫曾預言今天的宇宙已經很冷，只有絕對溫度幾度。 1965年，果然在微波波段上探測到具有熱輻射譜的微波背景輻射，溫度大約為３Ｋ。這一結果無論在定性上或者定量上都與大爆炸理論的預言相符。

但是，在大爆炸的宇宙模型下，我們要如何解釋現在所觀測到的各類天體的起源及演化，如星系的演化與星系如何形成大尺度結構，還有待天文學家繼續尋找出答案。