宇宙大爆炸理论
大爆炸理论（Big Bang）是天体物理学关于宇宙起源的理论。根据大爆炸理论,宇宙是在大约140亿年前由一个密度极大且温度极高的形态演变而来的。本理论产生于看测到的哈勃定律下星系远离的速度,同时根据广义相对论的弗里德曼模子,宇宙空间可能膨胀。
延伸到过往,那些看测成果展现宇宙是从一个起始形态膨胀而来。在那个起始形态中,宇宙的物量和能量的温度和密度极高。至于在此之前发作了什么,广义相对论认为有一个引力奇点,但物理学家对此定见其实不同一。
大爆炸一词在狭义上是指宇宙构成最后一段时间所履历的猛烈改变,那段时间通过计算可能在距今137亿（1。
37 × 1010）年前；但在广义上指当今时髦的显示宇宙起源和膨胀的理论。那一理论的间接推论是我们今天所处的宇宙同今天或者明天的宇宙差别。根据那一理论,乔治·伽莫夫在1948年揣测了宇宙微波布景辐射的存在。1960年代,那一辐射被探测到,有力地撑持了大爆炸理论,从而否认了另一个比力时髦的稳恒态宇宙理论。
开展汗青
大爆炸理论是通过尝试看测和理论推导开展的,在尝试看测方面,1910年代,维斯特·斯里弗尔（Vesto Slipher）和卡尔·韦海姆·怀兹（Carl Wilhelm Wirtz）证明了大大都旋涡星系正在退离地球,不外他们并没有因而联想到那对宇宙学意味着什么,也不认为发现的星云其实是银河系外的其他星系。
同时在理论上,爱因斯坦的广义相对论胜利成立并推出没有不变态宇宙。通过度量张量描述的宇宙不是膨胀就是收缩,爱因斯坦认为他本身解错了,并加进了一个宇宙学常数来停止纠正。第一个不利用宇宙学常数,而实正认实将广义相对论运用到宇宙学中的是亚历山大·弗里德曼,他的方程所描述的宇宙称为Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker宇宙,时间是1922年。
1927年,比利时上帝教牧师勒梅特独立推导出Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker方程,并在螺旋星云撤退退却现象的根底上提出了宇宙是从一个“初级原子”“爆炸”而来的—那就是后来所谓的大爆炸。
1929年,埃德温·哈勃为勒梅特的理论供给了尝试前提。
哈勃证明那些旋涡星云其实是星系,并通过看测造父变星测算出了他们的间隔。他发现,星系远离地球的速度同它们与地球之间的间隔刚好成反比,那就是所谓霍伊尔的稳恒态宇宙模子。在稳恒态宇宙模子里,新物量在星系远离留下的空间中不竭产生,从而宇宙根本不改变。
其实那个理论的名称是出于霍伊尔的挖苦,他在1949年通过BBC播送节目形式传布的,论文《物量的特征》（The Nature of Things）颁发于1950年。
之后的许多年,那两种理论并立,但看测事实起头撑持一个演变于热密形态的宇宙。
1965年宇宙微波布景辐射的发现使人们认为大爆炸理论是宇宙起源和演变更好的理论。1970年以前,良多宇宙学家认为宇宙可能在膨胀以前先收缩,如许能够制止从弗里德曼模子推出一个无限致密的“荒唐”的奇点。比力有代表性的是Richard Tolman的脉动宇宙模子（oscillating universe）。
1960年代末,史蒂芬·霍金等人证明那个假设行欠亨,因为奇异点是爱因斯坦引力理论的间接和重要推论。之后大大都宇宙物理学家起头承受广义相对论所描述的宇宙在时间上是有限的。但是,因为关于量子引力法例欠缺熟悉,如今还不克不及判定那个奇异点到底是实正聚集意义上的无限小点,仍是物理收缩过程能够无限停止下往,从而间接到达宇宙在时间上无限。
如今宇宙物理学的几乎所有研究都与宇宙大爆炸理论有关,或者是它的延伸,或者是进一步阐明,例如大爆炸理论下星系若何产生,大爆炸时发作的物理过程,以及用大爆炸理论阐明新看测成果等。90年代后期和21世纪初,因为看远镜手艺的开展和人造探测器搜集到大量数据,大爆炸理论又有了新的浩荡打破。
大爆炸期间宇宙的情状和数据能够计算得愈加切确,并产生了良多意想不到的成果,好比宇宙的膨胀在加速。
理论
大爆炸理论测算出宇宙的年龄是 137±2 亿年,那一计算是通过对Ia型超新星的看测,对宇宙布景辐射强度的丈量,以及对星系相关函数的丈量得出的。
那三个独立测算所得到的成果一致,从而被认为是所谓更详尽描述宇宙中星系性量的 Lambda-CDM model 的有力证据。早期的宇宙充满了同源同性的物量,其温度、压强、能量都极高。跟着膨胀和冷却,宇宙物量履历了相变,那种相变与蒸气冷却时的凝聚过程和水的凝聚过程类似,差别之处在于前者发作在更根本的粒子层面上。
普朗克期间之后大约 10-35 秒,相改变引起宇宙产生指数级增长,称为暴胀。之后暴胀停行,此时宇宙的物量形式是夸克-胶子等离子体,那些物量的运动都契合相对论。宇宙陆续在空间上膨胀,温度陆续下降。在某一温度下,一种至今未知的所谓重子相变的相变产生,夸克和胶子构成重子,就是量子和中子,同时还在物量和反物量之间产生了不合错误称性,那种不合错误称性已经被尝试证明。
跟着温度进一步降低,更多无对称的相变发作,构成了如今的根本粒子和根本彼此感化。之后,一些量子和中子连系,构成氘和氦的原子核,那个过程喊做太初核合成。跟着宇宙的冷却,静行量量的能量密度以引力形式存在,并超越辐射形式的能量密度。在大约 30 万年之后,电子和原子核连系成为原子（次要是氢原子）,而物量通过脱耦发出辐射并在宇宙空间中相对自在的传布,那就是今天的宇宙微波布景辐射。
跟着时间的前进,在几乎是平均散布的物量空间中,密度略微大一点儿的区域通过引力感化吸引四周的物量,从而变得密度更大,并构成今天的气体云、恒星、星系和其他天文学看测到的构造。详细过程决定于宇宙物量的形式和数量,此中形式可能有三种：冷暗物量、热暗物量和重子物量。
证据
一般来说,大爆炸宇宙学理论有三个看测根底：
星系红移为根底的哈勃膨胀；
宇宙微波布景的详尽丈量；
轻物量品貌（拜见太初核合成（Big Bang nucleosynthesis））。
别的,看测到的宇宙大标准构造的相关函数契合原则大爆炸理论。
哈勃定律和宇宙膨胀
哈勃定律是物理宇宙论的陈说：来自远远星系光线的红移与他们的间隔成反比。那条定律是哈勃和米尔顿·修默生在接近十年的看测之后,于1929年起首公式化的。
它被认为是在扩展空间规范上的第一个看察根据,和今天经常被援引做为撑持大爆炸的一个重要证据。在宇宙学研究中,哈勃定律成为宇宙膨胀理论的根底。在发现了宇宙膨胀那个事实后,爱因斯坦把他方程中的宇宙常数往掉,并认为宇宙常数是他“一生中更大的错误”。
疑点和反对定见
宇宙大爆炸理论在其开展的过程中产生了一些疑点和问题,此中有些跟着看测和理论的不竭完美得到领会决,而成为了汗青,但也有一些问题至今没有圆满处理,诸如星系晕尖点问题（Cuspy halo problem）、冷暗物量的矮星系问题（dwarf galaxy problem）等。
有些人认为那些问题并非大爆炸理论的致命问题,通过大爆炸理论的进一步开展能够得到处理。
大爆炸理论的次要疑点和问题有:
视野问题（horizon problem）；
平均度问题（flatness problem）；
磁单极问题（Magnetic monopoles）；
重子不合错误称（Baryon asymmetry）；
球状星团的年龄（Globular cluster age）；
大爆炸之前的宇宙 （Universe before big explosions）；。