一切的开始-宇宙大爆炸

一切的起源是宇宙大爆炸的观点认为宇宙是突然间出现的,而且不是无尽的。直到20世纪中叶,大多数科学家仍认为宇宙是无限的,永恒的。直到爱因斯坦的广义相对论让我们更了解引力,还有埃德温·哈勃发现星系彼此远离这一同先前预测相符的运动规律。

一切的开始-宇宙大爆炸

图1. 宇宙微波背景全天图,由威尔金森微波各向异性探测器9年成果绘制

1964年,偶然间发现了宇宙背景辐射,宇宙背景辐射是早期宇宙的遗留,和其他观测证据共同使大爆炸成为公认的科学理论。此后,科技的进步,如哈勃望远镜给我们提供了宇宙大爆炸和宇宙结构的优质影像。最近的观测结果甚至意味着宇宙的膨胀正在加速。

一切的开始-宇宙大爆炸

图2. 发现号航天飞机在STS-82维修任务中拍摄的哈勃空间望远镜

但是,大爆炸是如何运作的?从无中如何能生有呢?让我们来探讨我们所知道的。现在我们可以忽略一开始的部分。首先,大爆炸并不是爆炸。它是所有的空间一瞬间伸展到每一个地方的过程。宇宙一开始是十分,非常,极其的小并且迅速扩展到足球的大小。宇宙并没有扩展进任何东西,空间只是扩展成了它自己。宇宙并不能扩展进任何东西,因为宇宙是没有边界的。根据定义,没有宇宙之“外”。宇宙就是全部。

一切的开始-宇宙大爆炸

图3. 胶子

在这个炎热的,密集的环境里,能量存在于寿命极短的粒子中。胶子破坏彼此,创造出夸克对,也许会释出更多的胶子,找到其他短寿命的夸克进行交互作用形成新的夸克对和胶子。物质和能量不只是理论上等价,在如此热的环境之下,它们几乎同样的东西。这一次,物质赢了反物质。今天,我们留下了几乎所有的物质而几乎没有反物质。十亿里的一个物质粒子是由十亿个反物质粒子所形成。为了代替一个庞大的终极力量,这里有精简的版本表示几个不同的作用法则。

一切的开始-宇宙大爆炸

图4. 电子与正子湮灭的费曼图,胶子通常是以螺旋线表示

现在,宇宙的直径拉伸到十亿公里,这导致温度下降。夸克的循环出现,转换回能量的过程突然停止。现在我们从仅有的东西开始。夸克开始形成新的粒子,强子,如质子和中子。夸克的组合可以形成各种强子,但只有极少数在任何时间内是稳定的。从大爆炸开始到现在只过去了一秒,宇宙已经伸展到1兆公里,现在已经冷却到足够让大多数中子衰变成质子并形成第一个原子,氢。

一切的开始-宇宙大爆炸

图解:自旋为1的介子所形成的九重态。

想象一下,宇宙现在是非常热的汤,有摄氏一千亿度,充满着无数粒子和能量。在接下来的几分钟,所有东西快速冷却。强子和电子形成稳定、电中性环境的原子。有些人称这时期为黑暗时代,因为没有星体,氢气不让可见光走动。但是,在还没有任何有眼睛的生物存在的时候,可见光又有什么意义?当几百万年后氢气凝结在一起,引力让它承受着巨大的压力,而星体和星系开始形成。它们的辐射溶解稳定的氢气气体成等离子体,直到今天仍然弥漫在宇宙,并且让可见光通过。最后,终于有了光!

一切的开始-宇宙大爆炸

图5. 可观测宇宙的空间尺度

好吧,但我们没有谈到的部分呢?在一开始发生了什么事?这部分可以被定义为宇宙大爆炸。我们不知道在这里发生的事情。在这里,我们的工具无法作用,自然规律停止运转,时间本身摇摇晃晃的。要了解这里发生的事情,我们需要一种理论相结合爱因斯坦的相对论和量子力学,无数的科学家正在研究。

一切的开始-宇宙大爆炸

图6. 宇宙时间表。在本图中,时间轴的方向为从左至右,宇宙的其中一个维度则予以隐藏,因此在图中的任何给定时间,宇宙会以碟状“切片”的形态显示。

我们还有许多悬而未决的问题。在我们的宇宙之前有宇宙存在吗?这是第一个也是唯一的宇宙?是什么启动了大爆炸?还是那只是基于我们还不了解的法则发生的自然现象?我们不知道,也许我们永远也不会知道。但我们知道的是,我们的宇宙在这里开始了,而从这里产生粒子,星系,星体,地球,和你。既然我们是由死星组成的,我们跟宇宙就没有距离,我们是它的一部分。你甚至可以说,我们以宇宙的方式经历它本身。所以,让我们继续体验它,直到没有更多的问题要问。

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Kurzgesagt – In a Nutshell-南北角

如有相关内容侵权,请于三十日以内联系作者删除


分享到:


相關文章: