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66664天前
胀理论不仅解释了宇宙为什么如此巨大,还解释了一个更深刻的问题:为什么我们看到的宇宙在大尺度上如此均匀?想想看如果没有暴胀,宇宙不同区域之间根本没有时间进行信息交换,它们怎么可能达到如此相似的温度和密度?答案就在爆胀中。 在爆胀之前,现在相距数十亿光年的区域实际上曾经紧密相邻,它们有充分的时间达到平衡状态,然后暴胀将它们分离到了宇宙的两端,但它们保持了最初的相似性。暴胀结束后,宇宙进入了一个新的阶段,此时的宇宙仍然极其炽热和稠密,但已经开始了从纯能量向物质转化的过程。 在大爆炸后的第一秒钟里,宇宙的温度高达100亿度,这比太阳核心的温度还要高1000倍。在这样的极端条件下,我们熟悉的原子根本根本无法存在,甚至连质子和中子都还没有形成。这个时期,宇宙中充满了各种基本粒子,夸克、轻子、光子以及它们的反粒子。这些粒子在高温高密的环境中疯狂的碰撞,产生湮灭,就像一锅沸腾的栗子汤。 但随着宇宙的膨胀,温度开始下降,当温度降到大约1万亿度时,一个关键的转变发生了,夸克开始结合形成质子和中子,这个过程叫做夸克禁闭,标志着我们今天所知的物质形式开始出现。 这里有一个有趣的细节,在宇宙诞生的最初时刻,物质和反物质的数量几乎相等,按理说它们应该完全湮灭,留下一个只有光子的宇宙。但幸运的是,物质比反物质多了那么一点点,大约每10亿个反粒子对应10亿零1个粒子。正是这微小的不对称,让我们今天的物质宇宙得以存在。想想看,如果当初物质和反物质完全对称,现在就不会有星系、恒星、行星,存在本身就建立在宇宙最初时刻的一个微小偏差之上。 现在我们来到了宇宙历史上的另一个关键时刻,大爆炸后的前20分钟。这20分钟决定了宇宙中氢元素的基本比例,也为后来恒星和行星的形成奠定了基础。当宇宙年龄达到大约1秒时,温度降到了10亿度左右,这个温度仍然极高,但已经允许质子和中子开始结合形成原子核了。这个过程叫做大爆炸核合成或原初核合成。 首先形成的是最简单的原子核,氘核由一个质子和一个中子组成,但氘核很不稳定,在高温环境下很容易被分解,只有当温度进一步降低时,氘核才能稳定存在,并进一步与其他粒子结合。接下来氘核与质子结合形成氦-3,或者与中子结合形成氚,这些氢核继续反应,最终形成氦-4,一个由两个质子和两个中子组成的非常稳定的原子核。 这个过程持续了大约20分钟,20分钟后,宇宙的温度和密度都降的太低,无法维持核反应了
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