宇宙学和宇宙大爆炸

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宇宙学和宇宙大爆炸

Cosmology and the BigBang

序言

宇宙学是对宇宙这一整体的研究——过去发生了什么，将来又会怎样。目前，宇宙学是一门快速发展的学科，并且在新闻报道中频繁出现。宇宙学有很多难以理解的概念，人类目前所面临的很多问题也都和宇宙学相关。

宇宙微波背景辐射

CMB

宇宙大爆炸

一切的起源

///宇宙在膨胀

普朗克宇宙微波背景：普朗克观察到了宇宙微波背景的各向异性。宇宙微波背景辐射是宇宙中最古老的光印在天空中的快照，此时宇宙仅380000岁。宇宙微波背景辐射展示了很微弱的温度波动 ，这些温度波动与不同区域之间细微的密度差符合，也代表了所有未来形成结构的起源：现在的天空中的恒星和星系。宇宙学最广为人知的理论之一就是大爆炸理论，这一想法认为我们的宇宙的开端比现在要更热更密集并且从开始就一直在膨胀。这一理论是基于目前对于宇宙的观测：

· 外部的星系正在后退，他们后退的速度和与我们的距离成正比（埃德温·哈勃是第一个注意到的人，所以这被称为哈勃定律），均匀的扩大可以很好的解释这一观察结果。如果宇宙正在扩大，那么这应该在很久以前在极小的一点开始，而这一点就被称作宇宙的开端，或者“大爆炸”。

· 当我们观测夜空时，我们会发现一些多余的辐射。这些辐射被称为宇宙微波背景辐射，这是一个温度为3开尔文的理想黑体。随着宇宙的膨胀，这些辐射表明了宇宙过去一定温度更高并且阻挡辐射。这证明宇宙微波背景完美地和宇宙变透明之后第一个光子逃逸的状态相符。从原子最初构成，宇宙就开始变得清晰起来（在一件难以理解的被称为“复合”的事件中）。

哈勃定律

///大尺度宇宙结构

暗物质分布的模拟：千禧模拟用了一百多亿个粒子来追溯在宇宙中的一个边长超过二十亿光年的立方体区域中物质分布的演化。

通过使用对25个十字节存储输出的复杂的建模技术，科学家弗戈再次“创造”了产生这两千万粒子的星系和能量由于巧合积聚在中心的大质量黑洞的演化历史。这一影像展示了红移z=0时的暗物质分布。

星系在宇宙中并不是均匀分布的，但是他们往往先在星系群中被发现，而这些星系群也被排列在了一个更大的超星系团中。我们的星系，银河系，存在于一个被我们称为本星系群的星系中。这一星系又包含两个巨大的星系（银河系和仙女座星系）以及很多矮星系。这些星团只是星系群更大的版本。有一个巧妙的比喻，这些星系群像小镇一样，星团是城市，超星系团则是包含着这些小镇和城市的州（国家）。

超星系团不是静止的系统，这意味着他们仍在随着宇宙扩展，但是一般而言，星系群和星团则被星系中相互的引力结合在了一起，所以不随着宇宙扩展。超星系团在宇宙中建立了一种细丝的网状结构，这些结构有时被称为宇宙细丝网。

通过研究这些尺度结构可以学到相当多有关宇宙学的内容。这些超星系团是宇宙中第一构造形成的剩余部分（在上文介绍CMB的部分提到),和宇宙中的第一结构形成的方式。

大尺度宇宙结构

二十一世纪

ER SHI YI SHI JI YU ZHOU XUE

宇宙学

///疑云重重

从上世纪末到本世纪初，宇宙学家开始发现他们的研究正在靠近宇宙中的基本参数，最近康奈尔大学的宇宙学教授以“宇宙学完整吗”开始了一次演讲，结果是否定的。然后这次演讲就开始讨论为什么在某些情况下是肯定的，而在其他情况下是否定的。

最近一些观测（主要来自威尔金森微波各向异性探测器）解决了几个宇宙学中存在已久的问题。这些证据很明显的说明了哈勃常数在71km/s/mpc（精确到5%左右）和宇宙是一个几何平面，但这大概率是由宇宙中一种被称为“暗物质”的奇怪的能量形式所导致的。普通物质看起来也是由不可能组成人类（重子物质）的暗物质所导致的。总的来说，这是一个奇怪的宇宙，但我们对她的了解已经比之前要多得多。

翻译|@Murph 

审核|@罔象

排版|@吴泱