細(xì)思極恐的宇宙大爆炸?公眾理解科學(xué)系列(二十一)

“大爆炸宇宙論”(The Big Bang Theory)認(rèn)為:宇宙是由一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)于137億年前一次大爆炸后膨脹形成的。1927年,比利時(shí)天文學(xué)家和宇宙學(xué)家勒梅特(Georges Lema?tre)首次提出了宇宙大爆炸假說。到1946年,美國物理學(xué)家伽莫夫正式提出大爆炸理論。但是大爆炸理論的有很多細(xì)思極恐的地方。

01

奇點(diǎn):終結(jié)也是開始!

奇點(diǎn)是一個(gè)密度無限大、時(shí)空曲率無限高、熱量無限高、體積無限小的“點(diǎn)”,一切已知物理定律均在奇點(diǎn)失效,空間和時(shí)間在該處完結(jié)。也就是說奇點(diǎn)的勢能強(qiáng)大到空間和時(shí)間都已沒有意義。正是因?yàn)槿绱?,所以現(xiàn)代物理學(xué)家們都認(rèn)為奇點(diǎn)既是無形的,又是有形的,不斷將無形的勢能轉(zhuǎn)化成有形的物質(zhì)宇宙,并產(chǎn)生時(shí)間和空間。

02

創(chuàng)世十秒鐘!

大爆炸后10負(fù)43次方秒:約10的32次方度,宇宙從量子漲落背景出現(xiàn),在此之前,宇宙的密度可能超過每立方厘米10的94次方克,超過質(zhì)子密度10的78次方倍,物理學(xué)上所有的力(包括引力、電磁力等等)都是一種。在這個(gè)階段,引力分離了出來,開始獨(dú)立存在。

大爆炸后10的負(fù)35次方秒:約10的27次方度。此階段宇宙已經(jīng)冷卻到強(qiáng)相互作用可以分離出來,而弱相互作用及電磁相互作用仍然統(tǒng)一于所謂電弱相互作用。宇宙也發(fā)生了暴漲,暴漲僅持續(xù)了10的負(fù)33次方秒,在此瞬間,宇宙經(jīng)歷了100次加倍(2的100次方)。

大爆炸后10的負(fù)12次方秒:約10的15次方度,粒子期,質(zhì)子和中子及其反粒子形成,玻色子、中微子、電子、夸克以及膠子穩(wěn)定下來。宇宙變得足夠冷,電弱相互作用分解為電磁相互作用和弱相互作用。

大爆炸后0.01秒:約1000億度,光子、電子、中微子為主,質(zhì)子中子僅占10億分之一,熱平衡態(tài),體系急劇膨脹,溫度和密度不斷下降。

大爆炸后0.1秒后:約300億度,中子質(zhì)子比從1.0下降到0.61。

大爆炸后1秒后:約100億度,中微子向外逃逸,正負(fù)電子湮沒反應(yīng)出現(xiàn),核力尚不足束縛中子和質(zhì)子。

大爆炸后10秒后:約30億度,核時(shí)期,氫、氦類穩(wěn)定原子核(化學(xué)元素)形成!宇宙的物質(zhì)基礎(chǔ)初步形成,從無到有的創(chuàng)世結(jié)束,繽紛多彩的創(chuàng)世開始,直至出現(xiàn)智慧生命。

實(shí)際上,宇宙創(chuàng)世的那一瞬間究竟發(fā)生了什么事情,科學(xué)家們都只能在腦海里想象而已,也根本沒有觀測證據(jù)來證實(shí)。

03

最后的猜測

宇宙學(xué)家提出這樣的猜測,宇宙是由四種力量(電磁力、強(qiáng)核力、弱核力和重力)統(tǒng)治著。在宇宙誕生時(shí)四種力量是統(tǒng)一的,但是隨著創(chuàng)世的開始,四種力量被分離了出來。但是這四種基本力還是要回歸到一體的,那時(shí)將是整個(gè)宇宙的終結(jié),同時(shí)也是新的宇宙的開始,然后醞釀新的輪回。

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