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科学解释宇宙的起源:大爆炸理论

归档日期:10-02       文本归类:大爆炸假说      文章编辑:爱尚语录

  尽管大爆炸理论是最被广泛接受的宇宙起源科学理论,但是这个理论也还是存在很多问题。探求宇宙本质的理论真的是异常艰辛。因为它是一门纯理论的科学,不能通过实验获得实验数据,不可能在受控的条件下对整个宇宙展开反复实验。你只能观测,观测的对象的时间和空间还是那么的遥远,我们只能间接的研究,然后尝试的去推论。所以其中不可避免的会有很多的猜测。告诉你个小秘密,所有的科学都只不过是理论的集合,事实上它只是某个时间的最佳理论,未来可能被改写或是替代。

  从哲学家摆脱掉造物主,把自然的力量引进来。哲学家的各种观点、各种猜想在几百年间经过几百次的的辩论、观测中不断的进步。本特利悖论被牛顿的均匀分布的观点破解。奥伯斯用大量尘埃的理论解释奇怪的黑夜问题。这个称为奥伯斯佯谬被爱伦·坡的散文诗破解了以后的好长一段时间,仍然让很多人感到困惑。大家的好奇心也越来越重,就像是说了一个“谎言”,还需要很多的解释来圆这个谎言。终于有了一个大家都觉得还合理的公认的解释了——大爆炸理论。

  这个理论是宇宙学家兼牧师乔治·勒梅特最早提出,当时他受宇宙膨胀想法的影响。如果膨胀宇宙据有有限时间和空间,那么将膨胀倒序回放,宇宙的全部质量和能量最初就是浓缩在一个小的多也热得多的体积中,勒梅特称之为“宇宙蛋”。这个宇宙蛋在137亿年前发生了一次大爆炸,爆炸的每一秒都是一个美妙的世界啊。宇宙大爆炸理论就是讲述了宇宙如何从一个很小的点(被科学家们称为:奇点)变成了今天巨大的尺寸。它爆炸的那刻起就掌控着物质的性质及宇宙的结构。它的每一次的膨胀和冷却,都凝结出了各种形态的物质、能量乃至自然作用力。下面我介绍一下大爆炸的过程(因为我不是宇宙学专业,也只是在书上看到总结一下,如果有错,请大家指出来奥,谢谢!)。

  在爆炸开始第一个瞬间到10-43秒(就是1与前面小数点之间隔着42个0),这段时期被称为普朗克时期。此时期所有的作用力都是一样的(宇宙中有四种作用力:引力、电磁力、强力和弱力)。谈事被牢牢束缚的小小宇宙并不稳定,而大爆炸就这样开始了。

  接下来的10-35秒真的可以算是爆炸期,及其短的时间发生了极速膨胀,体积增加了许多个数量级。膨胀是由能量的释放所驱动,这能量只有一种方式,储存在单一的作用力场中。

  爆炸期之后,释放的能量扩散,密度降低到了一个恰当的程度,从中凝结出了物质。能量可以转化为物质,E=mc2,其中E就是能量,m是转化的物质质量,c则代表光速。最早的物质是以夸克汤的形态存在。夸克汤这是构成质子和中字的基础材料,质子和中字又一起构成了原子核。还有为数众多的纯能量以光子的形态存在,同时还有称作轻子的物质微粒。轻子包括电子和中微子,电子是一种带负电的小粒子,绕原子核旋转,在电线中形成电流的就是它。中微子则数量很少,呈电中性,此时就在飞速的穿过你的身体,而你却不觉察。之所以叫轻子,就是因为它不能形成原子核。

  讲到这里,宇宙的温度还是太高,夸克不能彼此结合。但在接下来的10-5秒中,发生了很多的事。物质和反物质以几乎相等的数量存在。物质与反物质一旦接触就会一起湮灭,在湮灭的过程中会释放更多的能量,但也会留下少量的常规物质,其数量略微更丰富些,留存至今。被认为是宇宙质量最主要存在形式的暗物质。这时候温度开始适合夸克的结合产生了质子和中子了,但是还不能形成原子核。由于质子和中子一般被叫作强子,10-5秒期间的这一最后阶段被称为强子时期。

  在1秒后到约100秒的期间,宇宙冷却到了能让中子和质子结合生成第一个原子核的温度。但自由中子本身并不稳定,倾向于衰变成1个电子和1个质子。于是到100秒的时候,剩下的中子就不算多了。

  在接下来的10万年中,宇宙温度仍然太高,原子核无法捕获电子形成完整的原子。物质和光子能量的密度仍然太大,彼此卡住,光无法穿透;能量又太高,物质无法凝结。由于这个期间的宇宙整个沐浴在光子中,人们称为辐射时期。

  到了约38万年是,温度降到了允许原子核和电子结合形成原子,这就开启了我们基本上至今仍身处其中的物质时期。这最后的结合释放了大量的能量,残留下的就是暗物质的宇宙微波背景辐射。

  辐射时期的光逃逸一空,以及原子结合能量井喷后,宇宙在接下来就进入了3亿年的黑暗时期。原因就是宇宙温度降得太低,而物质也稀释的太厉害了,再也没有什么东西可以发光了。

  在黑暗时期的末期,氢氦混合气体中轻微的密度涨落导致了指向高密度区域的引力,这个区域更够吸引更多的物质。更多的物质又进一步使密度涨落更大,又吸引了更多物质,如此反复,就形成了第一批巨型星云形式的引力束缚结构。在这些气态的星云中,那些最大的第一代恒星诞生了。

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