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10月8日，诺贝尔物理学奖的一半授予了詹姆斯皮尔斯，以表彰他的物理宇宙理论。皮布尔斯提出了严谨的数学模型和物理理论来描述和解释大爆炸后宇宙的演化。这些理论模型具有优秀的实验观测，因此宇宙学已经从描述性和思辨性学科转化而来，可以准确地预测和验证科学。

旧金山旧金山物理与天文系教授：人们，包括皮埃尔，两千年的科学史，那些聪明勤奋的灵魂帮助我们远离过去和未来。如今，她希望利用科普和严谨的科学，让更多的人领略这门科学的美妙，知道我们的宇宙从何而来，将走向何方。

写作|全景(加州州立大学旧金山分校物理与天文学系

每年十月，它都获得诺贝尔物理学奖。希望尝试用中学物理去了解诺贝尔物理学奖，为什么要做，怎么做，结果和潜在客户。

2019年诺贝尔物理学奖一半颁给了普林斯顿大学的詹姆斯皮布尔斯(James peebles)，以“奖励他的物理宇宙理论”，另一半颁给了瑞士天文学家米歇尔马约尔(Michel Mayor)和迪迪埃奎洛兹(Didier Queloz)师徒，以“发现太阳系外的行星”。"

这是很特别的一年，因为涉及的两部作品相距甚远，浩瀚宇宙的发展史，寻找太阳的行星，宇宙物理学和天体物理学其实完全不同。纪律。虽然这种组非常罕见，但在这句话里，你可以结胜利原因的备注：奖励他们“为理解宇宙和地球在宇宙中的地位做出了贡献。”

是的，这两项任务非常重要，深刻地改变了对宇宙的认识。

我们是谁？我们从哪里来？我们要去哪里？几乎所有的哲学分支都会关注这些起源。

另外，我们的宇宙在哪里？我们的宇宙在哪里？恐怕任何一个好奇的灵魂都会密切关注这个问题。

科学家发现，在地球上观测到的遥远星系的光谱(低频)意味着星系离我们很远。1916年，我蒂姆斯坦提出了广义相对论，彻底改变了人们对时空的认识，颠覆了它，认为宇宙是静止不变的宇宙。1929年，美国天文学家哈勃证实，来自美洲的银河系离我们很远，宇宙的空间在膨胀，现代宇宙学开始萌芽。

因为篇幅太长，区域太多，我分为上下两部分。上一篇介绍了宇宙的起源和演化，下一篇介绍了如何找到太阳系，我发现了什么。

坐在中间的是詹姆斯皮布尔斯。|图片来源：普林斯顿大学

先说圆周率吧，他对宇宙论的贡献是如此之广，以于很难说是哪部作品或者具体哪部作品获得了他的诺贝尔奖。

普林斯顿有另一个久坐的普林斯顿，19111-2008。等词和概念是一大批诺贝尔奖获得者(如理查德费尔曼)的导师或同事。但诺贝尔科学奖习惯了给特定的个人独立原创项目颁奖的想法(比如爱因斯坦因为光电效应被授予诺贝尔奖)，这关系到电影的导演或主角，而不是人生。成就奖所以，关于诺贝尔奖，在很多方面都像是在争取，只是没有那些偶尔特殊工作也有奖的人幸运，比如学生时期跟着导师。GrardMourou在2018年发明了激光啁啾脉冲放大器和Donna Strickland。如果今年是美好的，那可能就不一样了，因为皮拉意味着这个奖的意义是从一生的成就开始的。

诺布的演讲表达了这一点：“詹姆斯皮布什丰富了对物理宇宙学的理解，为过去50年宇宙学的转变奠定了基础。在他60年代中期的理论框架中，它开始发展，这是我们对于宇宙的当代基础。”

皮巴尔斯最重要的贡献在于，他的理论研究推动了宇宙学从一门经验描述性学科发展到一门精确验证并能预测的科学。有一句话叫“一切没有任何手段的题都不能称为科学题”。现在科学基本上是动态的和可预测的。如果理论永远不会被验证或为假，那么它就不能被视为一种属性，而只能被计算。

哈勃拍照片，几乎所有人的视线都是遥远的星系。资料来源：美国航天局、欧空局和M. Postman和D. Coe(stsci)以及冲突小组

随着宇宙的膨胀，按照进度，宇宙应该是更致密的物质，更致密的能量。哈勃可以给我们展示100亿光年以外的遥远星系，这意味着我们收到了1000万年前的光信号，也就是我们对宇宙进行了深入的观察，我们看到这是一个年轻的宇宙，它确实密度更大，温度更高。基于爱因斯坦的广义相对论，科学家们提出宇宙的起源是极大的宇宙。60年代研究这个领域的时候，宇宙爆炸还是一个没有太多证据的理论，很少有人研究模型。派列为这一理论的发展做出了巨大贡献。

宇宙演化示意图。来源：

接下来，我们将详细讨论这些问题：

宇宙轰炸的理论是什么？大爆炸前的宇宙是什么样的？大爆炸是怎么回事？宇宙爆炸理论的实验证据是什么？一些尚待解决的问题和宇宙的未来宇宙轰炸理论是什么？

宇宙爆炸理论是宇宙起源和演化的理论模型。该模型在理论上基于爱因斯坦的广义相对论，成为当今科学实验观测最精确的支撑。宇宙的膨胀会被广义相对论逆转，大约可以得到1380亿年前的宇宙。高密度初始状态极高，温度极高。在这个过程中，膨胀和冷却的速度非常快，开始形成母鸡、原子核和原子。38万年后，宇宙变得透明，电磁波(光)可以穿过空间。随着宇宙的膨胀和冷却，古电磁辐射进入整个宇宙的微波背景是存在的，其中包含了大量的早期宇宙信息。宇宙不断膨胀冷却，慢慢发展丰富(宇宙早期相邻核成的主核成，核成产生的相对较小的核的相对比例)。PI酒的理论工具和计算方法

吧可以解释这些宇宙的开头，并且仍然可以观察迹线（微波背景辐射，光元素等），并找到新的物理过程。

宇宙爆炸和演变的示意图，从左到右的方向是时间的方向，垂直于时间轴的尺寸代表宇宙的空间继续扩大。 |来源：美国宇航局

大爆炸前的宇宙是什么？

往往有人问道，如果宇宙开始爆炸，大爆炸前的宇宙是什么？

大爆炸的起点是我们这个宇宙的时间和空间的起点。有些人会问，这是什么，这是因为人们习惯为我们提供日常经验的时间和空间。

例如，如果我住在平原中，我的抗逆性。我可以区分东南西北部，我看到了东南西北部的土地，我的空间的概念是无限的延伸。如果有人告诉我有一个北极，我会感到非常精彩，我会问：“我们一直在北，去北，来到北，你会去，会是吗？”

由于您现在不再是空间中的空间水平，因此您可以想象三维空间，并且您知道地球是球形的。所以你会告诉我：“四边的空间不是一个无限的飞机。在这个地球的表面，去北，去北方，去北方没有办法去北方，因为在那北部没有重要的是你如何采取任何小步骤，你要去南方。“这些都是对现代人的理解，但很难考虑坚持认为空间是无限的延伸。

类似于抗逆性用于扁平空间的西北部的无限延伸，我们曾经打算在过去和未来延伸，所以我们很难想象我们的宇宙有一个起点，回到那个开始。归因，没有办法转发，（就像北极），因为我们宇宙的时间从那里开始。

这是大约138亿年前，那个出发点是我们宇宙是爆炸的时刻。

大爆炸发生了什么事？

从大爆炸的时间点开始，高密度高温和高压宇宙发生了非常快速的膨胀和冷却。关于扩展到10-37在几秒钟后，宇宙具有指数展开。 10-33到10.-32在第二次扩展结束时，略微冷却的宇宙出现诸如夸克的基本颗粒。此时，宇宙仍然非常热，并且颗粒以高速碰撞，而颗粒 - 反向颗粒仍然持续产生并湮灭碰撞。

随着宇宙的连续膨胀和冷却，宇宙温度降低到新的粒子 - 反射器对，并且高能粒子物理实验室研究完全能够进入与宇宙这个阶段相对应的粒子能量未来的宇宙演化过程是否比初始扩展过程更准确。此时，所有颗粒 - 反向颗粒继续湮灭，形成大量的光子（电磁波），由于少量粒子而不是抗血浆的数量（其原因尚未），几乎所有此外，阳性颗粒（如质子，中子和电子），速度显着低于光速，并且此时宇宙能量密度的主要贡献是由正反应产生的大量光子。

经过几分钟的大爆炸后，宇宙的温度降低到大约亿克尔文的幅度，一些减速质子和中子开始将其与更复杂的核（诸如质子核细胞核）结成。

在大约380,000岁之后，电子和核开始是宇宙中的原子（主要是氢原子），其继续膨胀和冷却。宇宙开始变得透明，因为光子（电磁波）相对自由地传播（而不是被电子和质子吸收）。在大约380岁的电磁波辐射已经在宇宙中传播，他们的拆卸已经形成了今天的宇宙微波背景辐射。从这些光子的能量今天来看，您可以推断有关早期宇宙的温度极限，密度和能量分布的信息。

它听起来很高，它真的可以理解。例如，每个人都可以想象冰熔化的过程：随着温度的增加，固体分子的热运动能量增加，直到这些单独分子的能量大到分子格力的约束，并且固体熔化进入固体液体。温度持续上升，超过沸点，可以完全释放到剩余分子中的分子能，因此沸腾成为游离的气态。当温度高达千度度时，颗粒的能量可以撕裂原子，在地球大气中产生血浆（例如几百一千千米千米的电离层）。随着温度继续上升，核和电子之间的结将被破坏，并且对应于超过10亿度的温度的能量可以打开原子核。温度较高，质子中子不能稳定，等等。

所以你可以想象宇宙的初始温度高于10 ^16.程度，KT能量远高于1T（10 ^12.当电子伏特时，无论我们理解什么。温度越高，能量密度越大，你可以打破提取层，电磁，强核，弱核，瓦解一切。这个过程结束了，也许你可以想象并了解我们熟悉的材料是如何在宇宙的逐步扩张期间产生的。

宇宙从今天历史的大爆炸中发展出来。 |来源：美国宇航局

随着宇宙继续扩大和冷却，宇宙能量密度主要导致由静息质量产生的普遍力，并且超过原始光子（电磁波）的形式的能量密度。宇宙之间的畸变差异略小，逐渐扩展，具有稍大的区域的轻微大型区域，这些区域的密度将进一步增加，通过长时间的进化，最终形成星云，星形，星系等待我们观察到的宇宙结构。最早的明星出生，当宇宙约2亿到4亿岁，我们的太阳系出生在460亿年前，大约92亿年后。

宇宙轰炸理论的实验证据

为什么宇宙爆炸理论普遍接受的科学家可以讲述这种细节？

如前所述，由PI Bles代表的科学家奠定了物理宇宙学的基础，提出了严格的数学模型和物理理论来描述和解释宇宙的演变之后的大爆炸，最重要的是这些理论模型很好匹配随着以下几个方面所观察到的实验结果，从描述性，猜测纪律制作宇宙症已成为可预测的验证的科学。

1，宇宙的年龄

不同的方法独立地测量并从宇宙年龄（对时间间隔大的爆炸）计算。宇宙的背景辐射的测量给出了宇宙的冷却时间，并且宇宙的膨胀率的测量也可以计算其近似年龄。包括普朗斯航天器，威尔金森微波各向异性探头等宇宙微波背景辐射及其温度波动，以及使用IA超新年的宇宙扩展测量，统一结果。公认的宇宙年龄可在1379亿年内定义±2亿年。

2，哈勃红色

哈勃是我们之前提到的。从地球上观察到的远程星系的光谱发生在换档（频率低），并且银河系的关闭越远，这意味着它们来自我们的速度，速度和距离比称为霍布恒定。这不是因为我们是宇宙的中心。在宇宙中的不同观察（不是特殊中心）将观察远距离的距离，到目前为止，这是整体宇宙本身的空间正在扩大。我们可以想象，在烤箱中扩大面包胚胎的葡萄干的过程，整个空间正在扩大，葡萄干和葡萄干之间的距离增加，较为葡萄干之间的距离越快。宇宙爆炸的理论模型首先是基于观察到的哈勃红色传输。霍布尔常数的广泛测量为宇宙爆炸性理论提供了强有力的一致性。

3，宇宙微波背景的存在和结构

宇宙微波背景（CMB）是一个非常弱的宇宙。本土辐射充满空间，几乎每个都是与任何恒星，星系或其他物体的关系。 1964年，美国体育天文学家Arno Penzians和Robert Wilson不小心发现了宇宙微波背景辐射，而且他们也有1978年诺贝尔物理奖，但起初他们不知道这些无处不在的微波是什么？ 。

测量的宇宙微波背景图。 |图像来源：普朗克协作

PI酒吧和其他科学家，意识到这种无处不在的宇宙微波背景是宇宙爆炸的遗体。它遵循黑体辐射法，相应的峰值频率为60g Hz，峰值波长约为一毫米，并且对应于每个光子携带的能量的温度是2.7凯文，即零电平大约2.7度。

前面提到的38万年后大爆炸后，宇宙冷却质子，电子可以结中性氢原子。光子（电磁波）可以通过空间而不是充满充电（质子和电子）的空间开始。那时，宇宙开始变得透明。那时，电磁波现在仍在铺展，但由于空间的扩展，波长随着时间的推移而增加。根据普朗斯，波长和能量成反比;根据Bolzman的关系，能量与温度成比例。因此，这些电磁波，相应的波长正在增长，并且能量和频率越来越低，温度越来越低，宇宙之间存在普遍存在的微波背景。

顽固的理论模型，包括科学家，包括PI Bles，但也包括概要，而且还包括宇宙微波背景辐射还可以解释差距背景辐射中异常的弱点。

4，丰富的轻质元素，如氢气和氦气

1966年，饼点意识到宇宙辐射的温度提供了在大爆炸后产生的物质，他组在粒子物理理论和背景辐射数据中获得的材料和光子（辐射能量）的比例，大爆炸后的不同初级核的丰富是首先做出的。

经过三分钟的大爆炸后，当宇宙可以冷却以形成稳定的质子和中子时，原始核成发生，只有一个质子的氢原子核是最常见的。宇宙温度减少到十亿个开尔文（约100,000个电子伏特），核（质子一个中子）开始稳定，氦核开始。在该时间形成前几个元素，氢气，氦气，锂，及其各向同性原子核。这个原始的初始核成过程是一般的，充满了热宇宙。

但这个过程只持续了十分钟。从那时起，宇宙的温度和密度不再满足核融条件，因此没有初级核核核。宇宙元素的前几个轻质元件的增加元素（质量或数量的相对比例）开始从该时间继承。

通过严格的理论推导，科学家和其他科学家考虑早期宇宙光子和沉重软管的比率，早期宇宙温度和速度的快速变化的模型以及核融的能量条件（即温度条件），以及计算原始核成75％的质量为氢，25％的质量为氦，0.01％是极其痕迹（10 ^-10锂。宇宙的丰富和理论价值的吻和理论价值现在是爆炸理论的有力证据之一。

也许你会很棒，那么你是如何来的，沉重的元素在哪里？例如，我们熟悉的世界：90％的地球是氧气，硅，铝和铁。

事实证明，宇宙，氢气和氦之外的物质如此之小。在初级核成之后，在极端条件下，如内部核，核聚变制造，一种新的元素（较重的核），以及构成地球（如氧气，硅，铝，铁）的一些后续材料，重元件的所有总重量都很小，并且宇宙中最初几个轻质元件的丰富没有显着变化。

例如，在太阳系中只有4个摇滚恒星（汞，金星，地球，火星），仍然只有330,000。太阳系的，如木星和土星，90％的氢气。此外，虽然judar质量是地球318倍，但与太阳相比，这是一千次。几乎所有太阳系的所有质量都集中在阳光下，而阳光的质量是氢，27％是氦气。在整个宇宙中，宇宙的元素占75％，氦占约24％，其余元素约为一个百分之一，并且原始核成模型的解释非常好。另一方面，与众所周知的重初级核和经过验证的核反应条件之间的相对丰度相结，科学家们还提供了信息和证据来了解宇宙中的恒星和星系。

5，大规模结构在银河分布

宇宙中的大规模结构是指宇宙质量的分配结构和广泛范围内的光线（如尺寸高达1亿光年）。

庞大的银河直径约为16万光年。由于重力构成星系簇，成千上万的Galaxy（Galaxy）构成了星系组。几十个星系，如星系和仙女正方形是当地的集团。两千两条星系由我们500万光年的口鼻群组成，其中M87星系的中心是人类个黑洞照片的拍摄。这个明星集团和星球集团的房间属于更大的层结构：Virgo Supercluster，吉金九的心室女性座位。

从地球到可观察到的宇宙（从上到下）。 |资料来源：安德鲁Z.COLVIN / WIKIPEDIA COMPONS

超级星团可以形成更大的尺度“长城”。星系组，星系，超级星组和巨壁通过不同的尺度分开，因此宇宙的大规模结构被描述为纤维或泡沫。

纤维宇宙大规模结构。图中的橙域表示具有较高密度的星系和纤维结构的区域。 |资料来源：斯隆数字天空调查

Universe微波背景是我们宇宙中的“最古老的光线”。到目前为止，它携带的信息揭示了早期宇宙中的轻微温度波动，后来进化成宇宙的大尺寸结构。饼栏是20世纪70年代提出的先锋，它描述了宇宙中的局部密度和温度差异在宇宙的扩展中形成了今天可观察的大规模结构。他贡献了Lambda冷物质理论（λcdm）认为宇宙结构是等级的生长，并且首先在其自身的重力下坍塌的小结构，然后将其组成连续的等级结构以形成更大的较大的结构。该模型预测，观察宇宙学的大规模结构通常是一致的。

要解决的问题和宇宙的未来

PI布什在几个经验大型爆炸性理论领域具有优异的贡献，因此他从科学学科发展的经验中推动了宇宙的发展成为严谨的定量科学。他谦虚地说，他的成就受益于许多同龄人，包括一些前苏联科学家的贡献。

各个方面的实验中最广泛的实验经验已成为科学界的共识，但仍有一些尚未解决的问题。我们知道更多，越来越多的未知和不确定性。

例如，前面提到了暗物质，暗物质是广泛观察到的宇宙中的强大品质。它也是大规模结构宇宙理论模型的不可或缺的一部分，并且是必不可少的。它们不是众所周知的常规物质，用质子，中子，电子等，它们不参与任何电磁相互作用，所以它被称为暗物质。例如，在银河系的内部，建议拉动银河周围高速旋转的高速旋转，这远远大于银河中心的质量，远远超过质量银河系中的各种恒星。和。这些存在并提供了一种抗挥发的物质，不参与任何电磁相互作用，它们在宇宙中分配大量的量，也将凝视着地球的光线，形成镜头的效果，俗称重力镜头。这种暗物质在整个宇宙中占26.8％，我们熟悉的常规物质只有4.9％。然而，由于暗物质没有参与电磁相互作用，因此它从未捕获或发现实验中的暗物质颗粒，并且仍然是一个谜。

目前宇宙成分及宇宙的成分380. |来源：美国宇航局

例如，在20世纪90年代，人们开始在观察中确认。宇宙不仅扩大，而且在加速扩张（2011诺贝尔奖），在此阶段，加速宇宙扩张的原因是爱因斯坦方程。根据质量和能量等效的原则，宇宙恒定或“真空能量密度”，这意味着宇宙的68.3％的质量或能量是这种能量，导致宇宙的扩张加速，我们称之为黑暗能量，但我们也以暗能而闻名。

此外，宇宙的运取决于宇宙的曲率和宇宙的密度。虽然宇宙微波背景各向异性检测实验证明宇宙是平（未关闭或打开），但误差仅为0.4％。迄今为止，基于大量测量的宇宙膨胀率和质量密度，一个将影响无穷大的宇宙，直到最终的“大冷冻”。但科学界仍然对宇宙的未来没有的结论。

可以继续加速宇宙冷却，逐渐接近零温度。在这种情况下，预计新的恒星将不会在1万亿到1万亿年后形成，当恒星燃料耗尽时，宇宙将逐渐变暗。大冻结。还可以增强暗能的加速膨胀效应，这最终导致恒星，小直到原子拆卸。 “大撕裂“扩展宇宙最终将反转”大收缩“这种可能性并不完全消极。此外，宇宙还将体验到累计的缩减循环，以回归，我们表示没有通过实验确认观察。它可以称为理论假设。

当然，宇宙真的很远，相对于460亿年的阳光部和灵长类动物的短暂历史。宇宙将来太远了。古人笑着担心，我们的宇宙在哪里并不安静。事实上，它不忙着担心宇宙的运，太阳系中的行星的运更加清晰，而且更多。根据恒星演变的历史，我们知道从现在开始于11亿年，太阳从今天开始10％，地球会热又难以生活。在300亿年内，太阳现在将亮40％。海洋会沸腾，大气中的所有水蒸气都会失去空间，地球将成为另一个炎热干燥，没有生。大约54亿多年后，太阳会消耗核原料氢气，从主要最半消失，成为吞下汞和金星的红色超级明星，然后过去变成了凄凉。白矮星。 （太阳的质量不足以成为一个超级新星。）

但毕竟，这是十亿年的问题。你越了解广阔的星空和宇宙，你可以了解小人物。人类短期历史可能只是宇宙长河的一点小浪潮。

庄子说，“井的青蛙不能在海上说话，它是拘留;夏天的FMEM不能在冰上说话”谢谢你在两千年历史上的智慧的灵魂。包括今年的票据胜利者PI酒吧，他们帮助我们在短暂的生活中看到了遥远的过去和未来，并改变了宇宙和世界的理解。

生活有一个限制，但知识没有。 Pi Bars说：“每次我自然地想到它，我都感觉很奇。”他对年轻的学者说：“我们在研究的乐趣，迷恋，科学的热爱......”（我们这样做是研究研究的乐趣，那些美丽，对科学的爱。 。）

虽然当作者进入普林斯顿大学物理系统时，虽然PI POL已经退休，但他一直在积极工作，作者幸运的是与他有短暂的联系。事实上，他反映了普林斯顿大学的物理，宇宙学和重力的传统，并反映了大学的承诺将最好的学者纳入课堂。 “这些智慧是灵魂鼓励我们在科学之路上鼓励我们的”没有结束“。

“我们是谁？我们来了哪里，我们在哪里？” 也许这篇文章可以帮助您知道在哪里可以在哪里获得一点点宇宙，在下一个将更接地，从地球，详细介绍了科学家如何寻找太阳外星围的具体方式，以及已发现的内容。“我们是谁，我们在哪里？”我们的太阳系，是我们的地球吗？它是的吗？

关于作者

赫尔博丁，博士，吉林大学本科，吉林大学大学，毕业于普林斯顿大学普林斯顿大学，纽约大学。他目前是加利福尼亚州立大学旧金山的一名副教授。她带领研究团队从事软凝固物理，无序材料，准晶体，光子能隙和非线性光学研究。欢迎来到她的个人科学微信公共号码MV0（数字零）。

参考

[1] https://www.nobelprize网站站点" rel="nofollow" />