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第133章 宇宙科学理论(第2页)

##电磁学革新与相对论萌芽19世纪,电磁学蓬勃发展,麦克斯韦方程组统一电、磁、光现象,预言电磁波存在,赫兹随后用实验证实。

电磁波的发现拓宽人类对宇宙信息传递的认知,人们意识到光也是电磁波,借光谱分析可探测天体物质成分、温度及运动状态,开启天体物理研究新纪元。

但经典力学在高速、强引力场情境下逐渐显露弊端。

迈克尔逊-莫雷实验否定“以太”

存在,动摇经典时空观根基;水星近日点进动异常难题,经典力学亦无法合理解释。

在此背景下,爱因斯坦于1905年提出狭义相对论,革新时间与空间概念,指出时间和空间相互关联,构成四维时空连续体,且运动时钟变慢、运动尺子缩短,高速运动物体遵循洛伦兹变换而非伽利略变换。

1915年,爱因斯坦再攀高峰,创立广义相对论,将引力诠释为时空弯曲。

质量巨大物体如恒星使周边时空凹陷,行星沿弯曲时空轨迹运动,等效于受引力作用。

该理论成功解释水星近日点进动谜题,预言光线引力弯曲、引力波等现象,彻底颠覆传统引力观念,为宇宙学研究提供全新视角与强大工具。

##量子力学:微观宇宙的神秘法则当科学家聚焦宇宙宏观结构与运动时,微观世界的奇异现象引发关注。

黑体辐射、光电效应等难题,经典物理束手无策。

普朗克大胆假设能量量子化,开启量子力学大门;爱因斯坦提出光子假说,完美解释光电效应,进一步夯实量子理论基础。

随后,玻尔构建氢原子量子模型,薛定谔给出薛定谔方程描述微观粒子运动状态,海森堡提出不确定性原理——微观粒子位置与动量不能同时精准确定,展现微观世界的概率性、不确定性本质。

量子力学与相对论构成现代物理学两大支柱,但二者难以统一,成为物理学界悬而未决的难题。

##现代宇宙学:大爆炸理论主导20世纪20年代起,现代宇宙学蓬勃兴起,哈勃定律成为关键转折点。

哈勃通过观测星系红移现象,发现星系退行速度与距离成正比,意味着宇宙处于膨胀状态。

这一发现催生大爆炸理论,设想宇宙源于奇点爆炸,初始温度极高、密度极大,物质与能量随之喷发,宇宙在膨胀中逐渐降温、演化,形成如今多样结构。

大爆炸理论有宇宙微波背景辐射、元素丰度等坚实证据支撑。

宇宙微波背景辐射均匀分布于宇宙空间,温度约2.725K,是早期高温高密度宇宙的“余晖”

;元素丰度计算表明,宇宙诞生初期经核合成形成氢、氦等轻元素,比例与观测结果吻合。

随着观测技术升级,科学家借威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)、普朗克卫星精准绘制宇宙微波背景辐射图谱,进一步验证大爆炸理论,细化宇宙演化模型。

##暗物质与暗能量:笼罩宇宙的谜题尽管大爆炸理论成果斐然,但宇宙深处仍潜藏诸多未解之谜,暗物质与暗能量首当其冲。

科学家通过观测星系旋转曲线发现,星系边缘恒星旋转速度远超预期,依经典力学,星系应分崩离析,推测存在大量不可见“暗物质”

提供额外引力。

暗物质不参与电磁相互作用,无法用光学手段观测,却占据宇宙物质总量约26%。

另一棘手难题是暗能量。

上世纪90年代,超新星观测显示宇宙膨胀加速,违背万有引力定律预期,引入“暗能量”

概念加以解释。

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