时空物质和能量在宇宙中出现哪个在先哪个在后

时空物质和能量在宇宙中出现哪个在先哪个在后

这个问题涉及到宇宙起源问题。宇宙大爆炸理论是现代宇宙学中最有影响的一种宇宙起源理论,这个学说是一种越来越多证据支持的科学假设。

这个理论1927年由宇宙学家勒梅特首次提出,1929年,美国天文学家哈勃根据这个假设提出了哈勃定律,这个定律认为星系红移与星系间的距离成正比,推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说,这个学说得到了越来越多的观测证据。1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论,认为宇宙由大约140亿年前发生的一次大爆炸形成。

包括爱因斯坦在内的一大批科学家对哈勃红移想象进行了观测和验证,发现不管从那个方向看,远处的星系都在远离我们,而近处的星系却在向我们靠近,这就说明了两个问题,一是宇宙在不断的膨胀,二是在过去某一时刻宇宙是紧密聚集在一起的,这就诞生了奇点理论。

后来越来越多的事实为宇宙大爆炸理论给予了支撑,最有力的证据是3K宇宙微波背景辐射、氦丰度、星系恒星的演化过程,这些证据与哈伯定律一起称为宇宙大爆炸理论的四大支柱。

时空物质和能量在宇宙中出现哪个在先哪个在后

我们确定好了这个前提和基础,就好回答是先有时空还是先有物质能量的问题了。

宇宙大爆炸理论认为,我们宇宙138亿年前起源于一个体积无限小,时空曲率无限大,密度无限高,热量无限高的一个奇点。这个奇点是一个超时空的玩意,我们现在已知所有的理论在那里都无效,部分宇宙学家称那个奇点为量子真空(假真空),其充满着与海森堡不确定性原理相符的量子能量扰动,这实际上就是一种我们无法探知的能量。从这个意义上来说,宇宙是先有能量,但这个能量我们无法描述,也不是我们这个时空的东西。

宇宙大爆炸理论认为,我们能够认知的这个宇宙是从大爆炸那一刻诞生的,时空物质同时诞生,三者是三位一体,密不可分。

不存在没有物质和空间的时间,也不存在没有时间和物质的空间,更不存在没有时间和空间的物质。在大爆炸之前这一切都是乌有之乡,所谓无限曲率就是把时空无限的压缩到了另一个超时空,我们这个宇宙就是什么都没有。科学家们根据大爆炸理论和各种证据对大爆炸的的过程进行了一个描述,这就是时空诞生的简史。

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大爆炸开始那一刻,是科学界认定的普朗克时间,也就是宇宙中最短的时间,再短的时间就没有意义了。

这个普朗克时间产生了普朗克温度和普朗克密度,在我们这个世界没有比这更高的温度和密度了。这个普朗克时间就是10^-43秒,就是小数0.后面有43个0后面拖个1秒;这个时间宇宙的温度是10^32度,就是1后面拖有32个0度(以后类推);宇宙的密度是每立方厘米10^94克。宇宙在这个时间引力子出现了,但现在认知的其他3种力仍为一体。

大爆炸后10^-35秒,引力已经分离,夸克、玻色子、轻子形成。温度降到10^27度,这个阶段宇宙发生了暴涨,是第一推动的暴涨期,暴涨仅持续了10^33秒,这个瞬间宇宙经历了100次加倍(2^100),宇宙尺度已经是先前的10^30倍。宇宙暴胀理论认为,暴涨停止时,今天所能探测到的东西都已经在各自小区域稳定下来。

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后来宇宙经过粒子期,质子、中子及其反粒子形成,玻色子、中微子、电子、夸克和胶子稳定下来,与周边开始冷却,各种力开始形成。

大爆炸0.01秒时宇宙温度降到了1000亿度;大爆炸10秒后,宇宙温度降到了30亿度,原子核开始形成;这以后一直时粒子和各种力在形成过程中,宇宙依然是一片混沌,光依然无法发出。

一直到了大爆炸1万年后,物质密度追上了辐射密度且开始超越它,宇宙的动力开始为物质所主导。

30万年,宇宙温度已经降到了3000度,第一个中性原子才出现,宇宙主要成分为气态物质,逐步在自引力作用下聚集成密度较高的气体云块,恒星恒星系统开始形成。

时空物质和能量在宇宙中出现哪个在先哪个在后

2018年2月28日发表在《自然》这个世界著名专业科学杂志的一项研究表明,坦佩亚利桑那州立大学的天文学家Judd Bowman领导了一项研究,这项研究发现了宇宙中第一颗恒星的踪迹,这颗恒星诞生于大爆炸后的1.8亿年。

如果这项研究最终得到证实,可以认为我们宇宙的恒星和星系从大爆炸1.8亿年开始形成。这以后宇宙风起云涌在不断的膨胀中发展到了今天这个样子。

现代宇宙科学研究表明,我们的宇宙中可见物质(包括星系、星云、黑洞等所有可见物质)才占有宇宙总密度的4.6%,暗物质占有24%,暗能量占71.4%。


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