09.17 時間簡史④:我們的宇宙是怎麼誕生的?轟!宇宙大爆炸!

時間簡史④:我們的宇宙是怎麼誕生的?轟!宇宙大爆炸!

我為什麼要寫這麼半天黑洞呢?

因為它跟我們宇宙的命運有關,根據相對論預測,時空從黑洞的一個奇點處開始,並在另一個奇點處結束,也就是說,在愛因斯坦看來,我們的宇宙始於一個黑洞,也終於一個黑洞。

到底怎麼回事兒呢?

根據宇宙學家的觀點,我們的宇宙在誕生的時候體積為零。這意味著如今散佈在137億光年空間範圍內的所有物質,在當時就是一個小得不能再小的點——一個具有無窮大質量一維的點。大家想象一下,這麼大的密度,肯定是個超級黑洞。這個黑洞轉變為宇宙的那一刻叫做“大爆炸”,我們的時間軸從這裡開始。在宇宙誕生的幾秒後,它開始劇烈膨脹。很快,不斷碰撞和湮滅的正反粒子們冷靜下來,開始自由組合,這就有了我們之前提到的各種粒子,包括構成物質的基本粒子質子和中子,以及代表四大基本力(引力、電磁力、強核力和弱核力)的粒子,宇宙的原初模樣就此形成。

時間簡史④:我們的宇宙是怎麼誕生的?轟!宇宙大爆炸!

有了質子和中子,也就有了元素,最先形成的是氫元素和氦元素,到這會兒,宇宙似乎已經完全冷靜下來了。實際上,在大爆炸之後的100多萬年裡,宇宙除了緩慢地膨脹和降溫以外,並沒有什麼特別的變化。不過隨著空間越來越大,溫度越來越低,物質慢慢聚集形成了最初的星系。隨著引力作用的增強,星系慢慢分割形成了不同的星雲,其中,活潑的氫原子開始通過核聚變形成氦原子,在這個過程中產生的能量跟星雲內部的引力相互抵消,從而維持穩定的形狀,這就是最初的恆星。

隨著越來越多的氫元素參與核聚變,產生的巨大能量讓氦元素也開始聚變,形成一些更重的元素,包括氧和碳。這樣的反應非常迅速,以至於恆星的燃料迅速枯竭,它沒法再維持形態,開始向內坍縮,最終以一場爆炸結束,構成恆星的物質像放煙花一樣,被拋射在巨大的星際空間裡。接下來呢?那些殘餘的氫和氣會成為下一個恆星的能源,而更重的元素,比如氧、碳和金屬,則會抱在一起,形成一個無法發光發熱的冰冷石頭,並且在引力的作用下繞著恆星旋轉,這樣的大石頭,就是和地球一樣的行星。

迄今為止,宇宙已經膨脹了100多億年,那它將來會怎樣呢?關於宇宙的結局,有以下幾種猜測:首先,宇宙會這麼一直膨脹下去,越來越大,越來越冷,直到所有能量都不復存在,宇宙就像睡著了一樣,不再變化。或者反過來,當宇宙膨脹到一定程度,不足以再跟引力抗衡,整個宇宙會像將死的恆星一樣向內坍縮,直到回到最初的狀態一個密度巨大的小點。

還有一種獨特的解釋,認為宇宙是一種無邊界的狀態。根據這個理論,我們的時空和周圍的空間複合形成一個閉合的曲面,就好比地球一樣。宇宙的開端相當於南極,宇宙的末端相當於北極,但這兩者都不是盡頭。當你走過了南極,就踏上了前往北極的道路,等到了北極,又會開始一路向南。閉合的時空就這麼週而復始,沒有終結。究竟哪種解釋是對的呢?這很難說,就連物理學家也給不出確切的答案。但無邊界理論引申出了一個可能性:也許時間並不是單向流逝的。既然宇宙可以循環往復,時間為什麼不可以呢?照這樣說,穿越是不是也有可能發生呢?

時間簡史④:我們的宇宙是怎麼誕生的?轟!宇宙大爆炸!

下一篇描寫時間的流逝方向,敬請期待!

謝謝大家耐心看完!


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