天体 宇宙中的物体和天体从何而来?是无中生有吗?科学家告诉你答案

相信很多人都知道,人类是生活在一个物质的世界,不管是宏观物质还是微观物质,它们都是组成这个世界的核心。没有物质,也就没有这个宇宙,没有任何生命的诞生。
站在地球上,我们可以看到到处都是密集的物质存在,可是当我们走出地球,看到浩瀚宇宙的宇宙,却发现宇宙的物质密度可远远没有地球上那么密集。在浩瀚的宇宙中,更多的还是接近于真空的星际空间,只有各种天体,星系,星云才有密集的物质分布。
虽然宇宙大部分的空间都是接近真空的星际空间,但是物质仍然是组成宇宙的主流。于是有人提出了一个非常有趣且值得我们思考的问题:宇宙中的物体和天体从何而来?是无中生有吗?现实生活中,一说起无中生有,无疑是带有贬义的一个词。它指本来就没有却硬说有,形容凭空捏造。


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可是在宇宙物质世界里,物质的诞生还真是无中生有,在宇宙没有诞生之前,是没有空间,时间的概念,更没有任何物质的存在,自然也没有天体的存在。直到宇宙大爆炸之后,物质才出现的,天体才出现的,你说宇宙的物质是不是无中生有?那么宇宙的物质到底是什么样的无中生有?要揭开这个谜团,我们还需要从宇宙的起源以及宇宙的演化来说起。相信大家都知道,宇宙起源于138亿年前的奇点大爆炸,那个这个奇点是什么呢?科学家对它的定义是一个质量无限大,体积无限小的东西。
很多人对这个奇点还是难以理解,宇宙怎么可能会是由这样一个神秘的东西诞生的?其实这个奇点简单一点来说,它就是一个无限能量的集合体,也就是它的内部储存着无穷的能量。而奇点大爆炸之后,这些无穷的能量被瞬间释放出来,然后才有了宇宙的诞生,而物质也是由这些能量转化而来。


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可能在过去,很多人对于能量能够转化为物质不理解。可是在爱因斯坦提出质能方程式之后,我们才明白,原来能量和物质是可以相互转化的。爱因斯坦认为质量就是能量,能量就是质量,这只是事物的一体两面,不同状态下表现方式而已。2011年6月,美国布鲁克海汶国家实验室中的相对论重离子对撞机(RHIC)将两束金原子核加速到接近光速碰撞,在对撞机的STAR探测器上探测到了“夸克胶子等离子体”,也就是物质和能量的之间的相变温度,这个温度大约是2万亿摄氏度。
通过这个实验,科学家证实了质量与能量的确是可以相互转化的,它们只是不同状态下的表现形式不同而已。那么宇宙大爆炸之后能量又是如何转化为物质的?后来又是如何演变为丰富多彩的宇宙物质世界?


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首先我们要明白,宇宙大爆炸之后能量是不可能一步到位就转化为上百种元素,也不可能一步到位转化为各种天体。我们都知道,目前我们发现的物质元素有118种,也就是我们都知道的元素周期表。元素周期表上的上百种元素物质,它们都是在宇宙大爆炸之后不断形成的,可是形成这些元素的过程却没有那么简单。在宇宙大爆炸的初期有的只能高能电磁波,也就是我们所知道的光子。相信很多人都知道反物质的存在,一般情况下,基本粒子都有自己的反粒子,比如电子的反粒子就是正电子。可是光子则不同,它的反粒子就是自己,集正反属性于一起。
正反两个粒子相撞时,会发生湮灭并释放出能量,每10亿对光子对撞,会留下一个电子和正电子。而每10亿对正电子和电子对撞,会留下一个正物质粒子-电子,这也是为什么我们的宇宙主要是由正物质主导的原因。


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这些粒子的对撞需要的温度非常高,而宇宙大爆炸的瞬间以及早期正是一个温度非常高的时期,相信很多人都知道普朗克温度,它其实就是宇宙大爆炸瞬间产生的温度,高达1亿亿亿亿摄氏度。正是在这样的超级温度之下,能量才能够快速转化为早期的氢和氦。元素周期表排名第一和第二的是氢和氦,它们也是宇宙最早诞生的元素,之所以它们最早诞生,主要是它们的结构非常简单,强大的能量释放之下,最容易形成的两种元素,其中氢占据宇宙的主要元素,这两种元素的质量占到了宇宙总质量的99%以上。
当氢和氦最早通过能量转化形成之后,其它的元素这个时候能量级别已经不够了,无法直接通过宇宙的能量来进化转化。原因就是奇点大爆炸诞生了宇宙之后,整个宇宙的也在快速膨胀,同时温度也在不断下降。所以,氢和氦这种元素诞生形成的时间非常短暂,依靠大爆炸瞬间产生的超高温度,能量转化为了氢和氦两种基本元素。

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