09.17 时间简史④:我们的宇宙是怎么诞生的?轰!宇宙大爆炸!

时间简史④:我们的宇宙是怎么诞生的?轰!宇宙大爆炸!

我为什么要写这么半天黑洞呢?

因为它跟我们宇宙的命运有关,根据相对论预测,时空从黑洞的一个奇点处开始,并在另一个奇点处结束,也就是说,在爱因斯坦看来,我们的宇宙始于一个黑洞,也终于一个黑洞。

到底怎么回事儿呢?

根据宇宙学家的观点,我们的宇宙在诞生的时候体积为零。这意味着如今散布在137亿光年空间范围内的所有物质,在当时就是一个小得不能再小的点——一个具有无穷大质量一维的点。大家想象一下,这么大的密度,肯定是个超级黑洞。这个黑洞转变为宇宙的那一刻叫做“大爆炸”,我们的时间轴从这里开始。在宇宙诞生的几秒后,它开始剧烈膨胀。很快,不断碰撞和湮灭的正反粒子们冷静下来,开始自由组合,这就有了我们之前提到的各种粒子,包括构成物质的基本粒子质子和中子,以及代表四大基本力(引力、电磁力、强核力和弱核力)的粒子,宇宙的原初模样就此形成。

时间简史④:我们的宇宙是怎么诞生的?轰!宇宙大爆炸!

有了质子和中子,也就有了元素,最先形成的是氢元素和氦元素,到这会儿,宇宙似乎已经完全冷静下来了。实际上,在大爆炸之后的100多万年里,宇宙除了缓慢地膨胀和降温以外,并没有什么特别的变化。不过随着空间越来越大,温度越来越低,物质慢慢聚集形成了最初的星系。随着引力作用的增强,星系慢慢分割形成了不同的星云,其中,活泼的氢原子开始通过核聚变形成氦原子,在这个过程中产生的能量跟星云内部的引力相互抵消,从而维持稳定的形状,这就是最初的恒星。

随着越来越多的氢元素参与核聚变,产生的巨大能量让氦元素也开始聚变,形成一些更重的元素,包括氧和碳。这样的反应非常迅速,以至于恒星的燃料迅速枯竭,它没法再维持形态,开始向内坍缩,最终以一场爆炸结束,构成恒星的物质像放烟花一样,被抛射在巨大的星际空间里。接下来呢?那些残余的氢和氣会成为下一个恒星的能源,而更重的元素,比如氧、碳和金属,则会抱在一起,形成一个无法发光发热的冰冷石头,并且在引力的作用下绕着恒星旋转,这样的大石头,就是和地球一样的行星。

迄今为止,宇宙已经膨胀了100多亿年,那它将来会怎样呢?关于宇宙的结局,有以下几种猜测:首先,宇宙会这么一直膨胀下去,越来越大,越来越冷,直到所有能量都不复存在,宇宙就像睡着了一样,不再变化。或者反过来,当宇宙膨胀到一定程度,不足以再跟引力抗衡,整个宇宙会像将死的恒星一样向内坍缩,直到回到最初的状态一个密度巨大的小点。

还有一种独特的解释,认为宇宙是一种无边界的状态。根据这个理论,我们的时空和周围的空间复合形成一个闭合的曲面,就好比地球一样。宇宙的开端相当于南极,宇宙的末端相当于北极,但这两者都不是尽头。当你走过了南极,就踏上了前往北极的道路,等到了北极,又会开始一路向南。闭合的时空就这么周而复始,没有终结。究竟哪种解释是对的呢?这很难说,就连物理学家也给不出确切的答案。但无边界理论引申出了一个可能性:也许时间并不是单向流逝的。既然宇宙可以循环往复,时间为什么不可以呢?照这样说,穿越是不是也有可能发生呢?

时间简史④:我们的宇宙是怎么诞生的?轰!宇宙大爆炸!

下一篇描写时间的流逝方向,敬请期待!

谢谢大家耐心看完!


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