宇宙大爆炸 从宇宙大爆炸到宇宙终极未来,宇宙所有的故事都在这里!
我们如今对宇宙的认知大部分都建立在最近一百多年来科学家对宇宙的探索基础上。或许你不知道,仅仅在一百多年前,人类仍然认为银河系就是整个宇宙,科学家并不知道还有河外星系。同时,在19世纪末20世纪初,牛顿经典力学被认为“上天入地,无所不能”,统治了宇宙中的一切。但仅仅一百多年后,科学家已经建立了标准模型,而量子力学和相对论成为了现代物理学的两大基石!人类对宇宙的认知在过去的一百年多比之前的几千年还要多。科学家告诉我们,宇宙拥有138亿历史,那么在过去的138亿年到底都发生了哪些重大事件?宇宙的未来将会发生怎样的变化?宇宙也会有消亡的一天吗?下面就让我们一起穿越时空,回到宇宙大爆炸发生的瞬间,然后再前往极其遥远的未来,一起见证宇宙的演化史!
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宇宙大爆炸瞬间大约138亿年前,一个体积无限小,密度无限大,温度无限高,时空曲率无限大的奇点突然膨胀(爆炸),时间和空间因此诞生。科学家们认为时空诞生于某种超时空,也有科学家称之为“量子真空”,里面充满了量子能量的扰动,海森堡的不确定性原理决定了量子能量扰动。宇宙大爆炸后一个普朗克时间(10∧-43秒),当时的宇宙温度高达10∧32度。虽然宇宙大爆炸瞬间就诞生了时空,但一个普朗克时间之后对于人类来说才是有意义的,因为普朗克时间是有意义的最小时间单位。一个普朗克时间之前,当时的宇宙只有一种力(超力),谜底高达每立厘米10∧91千克。一个普朗克时间之后,宇宙冷却,引力开始分离出来,但其他三种力(强力,弱力,电磁力)仍旧是一体的。
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宇宙大爆炸后10∧-35秒,温度仍旧高达10∧27度,最基本的粒子,比如夸克,轻子玻色子等已经形成,宇宙继续冷却,同时强力也分离出来了,但弱力和电磁力仍旧是一体的。暴涨开始,但持续时间极短(仅仅10∧-33秒),但就是如此短暂的瞬间,宇宙膨胀了10∧30倍,膨胀的是时空本身,并不违反相对论的光速限值。宇宙大爆炸后10∧-12秒,温度达到10∧15度,这个期间是基本粒子的形成和稳定期,质子,中子还有反粒子逐渐形成,而电子,夸克,玻色子,中微子还有胶子等都稳定了下来。同时电磁力和弱力也分离开来,宇宙四种基本作用力都形成了。
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宇宙大爆炸后10∧-5秒,质子和中子也稳定下来。一种看起来比较怪异的现象是:宇宙中的物质数量比反物质数量稍多,比如宇宙中每出现100亿个反质子,就会100亿+6个质子诞生,多出来6个质子,这也是“正反物质的不对称性”,为何会这样?目前还没有统一答案。有些科学家认为,宇宙大爆炸瞬间,宇宙环境太极端了,可能存在违反重子数守恒的相互作用。正反物质发生碰撞相互湮灭,虽然每100亿个反物质只多出来6个物质,但这多出来的6个物质已经足够形成我们如今看到宇宙。宇宙大爆炸后1秒,温度仍旧高达100亿度,宇宙中大量的质子和中子,它们本应该融合在一起形成原子核,但是由于温度太高,宇宙的辐射能量极强,质子和中子很难形成原子核。
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宇宙大爆炸后10秒,温度约30亿度,氢和氦原子核开始形成。但并不能把电子拉拢过来形成中性原子,因为当时的宇宙仍旧太热了。宇宙大爆炸后30万年,温度大约3000度,中性原子开始形成,宇宙中主要成分为气态物质,这些物质之后形成恒星系统。宇宙中的光子自由旅行,在旅行过程中损失能量,同时随着宇宙加速膨胀波长被不断拉伸,嘴周形成微波,也就是我们通常所说的“宇宙微波背景辐射”,发生在大约宇宙大爆炸发生后38万年,这之后宇宙开始变得透明!
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在之后的漫长岁月里,是恒星系统和星系形成的时期。在宇宙不断膨胀过程中,会出现密度和温度不平衡的情况,物质分别不均匀,结果是什么呢?引力不平衡。密度过高的地方引力会相对较大,会吸引到更多的物质。不过由于当时的温度仍旧相对较高,还有较强的辐射压力对抗引力,所以引力还没有合适的机会发挥它强大的统治力。
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