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66662周前
因此当宇宙年龄仅为一万亿亿分之一秒时,原始空间便开始呈现指数级膨胀。这种指数增长初始规模虽微小,却能迅速达到极其庞大的体量。 一则广为流传的传说记载,某统治者欲嘉奖印度国际象棋发明者,敏其为此伟大发明已定酬劳。发明者提出在棋盘首格放置一粒小麦,次格二粒,在下格四粒,以此类推,每隔数量倍增。面对棋盘六十四个格,小麦数量的指数级累积总计近十八点五千万亿粒,远超当时全球年产量的两千余倍。 统治者最初以为不过是微不足道的请求而欣然应允,但宫廷财务官很快洞察到其中蕴含的惊人规模。这一点故恰如其分地类比了早期宇宙的空间膨胀。 在约千亿分之一秒内宇宙尺度便实现了迅猛扩张。具体而言宇宙体积每经历一次倍增周期便扩大约九十倍。这种扩张效应相当于将直径约十微米的红细胞膨胀至横跨银河系直径约十万光年的巨型圆盘。 尽管学界对早期宇宙初始尺度的具体数值尚存争议,普遍认同其远小于人体细胞或原子,但各类模型均证实通过这种超常规膨胀,宇宙从质子尺度的微观起点迅速延展至近似柚子大小的宏观尺度。 值得注意的是该膨胀速率超越了光速限制,此现象本质上属于广义相对论的适用范畴例外,相对论速度约束仅针对宇宙内部物质运动,而不适用于时空结构本身的膨胀过程。 正如物理学家艾伦古斯所说,这一爆发是膨胀阶段,标志着宇宙形态的首次实质性转变。随着爆炸理论被引入科学论证,早期宇宙演化历程终于呈现出清晰的理论框架。 首先,宇宙膨胀理论为解决单极子缺失问题提供了有效解释。根据大统一理论,在宇宙早期强相互作用显现阶段,本应产生大量单极子。这一过程发生于极早期宇宙,它只有几分之一秒的历史,空间尺度约为一块木板长度的微型宇宙。 当膨胀机制启动时,宇宙在近乎瞬间的时间跨度内实现指数级扩张,包括单极子在内的所有物质均被剧烈拉伸分离。这一过程可类比巧克力碎片在膨胀面团中的分散状态。 历经数十亿年的持续膨胀,当今宇宙的尺度已极为庞大,单极子间的平均距离远超可观测范围,导致我们无法探测到它们的存在。这种基于膨胀过程不仅解决了单极子缺失问题,同时对视界问题和平坦性问题提供了合理阐释。 尽管大爆炸初期可能存在显著的温度不均匀性,但膨胀效应如同分散巧克力碎片般,使这些初始差异在可观测宇宙范围内趋于均衡。由于光速限制,人类观测范围被局限在约一百三十八亿光年的可观测宇宙内,无法获知视界之外宇宙结构的统治性或抑制性特征。
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66666天前
你有没有想过在宇宙诞生之前是什么样子?根据现代宇宙学中最前沿的大爆炸理论,我们的宇宙起源于大约一百三十八亿年前一场奇点大爆炸,并在此后不断膨胀,最终形成了如今的广阔空间和宇宙万物。也就是说,大爆炸标志着时间的起点,是所有一切的开始。而在宇宙诞生之前,所有的空间、时间、能量以及物质都被压缩在一个密度无限大的初始奇点之中。所谓的“爆炸”其实只是一种比喻,指的是从奇点开始的宇宙演化过程。 在大爆炸后的一瞬间,也就是10的-35秒至10的-33秒之间,宇宙的尺度突然增大了一百亿亿亿倍,相当于从一粒尘埃瞬间变成十个银河系这么大。这种超光速的急剧膨胀过程称为“暴胀”,它为后续一切的形成奠定了基础。 在大爆炸后的1秒,宇宙是一团炽热、不透明的粒子汤。随后的几分钟内,第一批化学元素在称为原初核合成的过程中形成。早期宇宙的温度极高且密度极大,在这种高温下还无法形成稳定的原子,光子不断被自由电子散射,导致它无法传播很远,以至于在最初的几十万年里,宇宙基本上处于“迷雾笼罩”的不透明状态。 随着膨胀的持续,宇宙会逐渐冷却,到大爆炸后38万年左右,宇宙的温度降至足以让电子与原子核结合,形成中性原子。这一时期被称为“原子时代”,一切都在被彻底改变。由于电子被束缚在原子内,光子第一次能够在空间中自由传播,原本的“迷雾”消散了,光芒开始在宇宙中闪耀。这些古老的光芒至今仍然以微弱的辐射形式存在宇宙之中,它们遍布整个宇宙的各个方向,经过数十亿年的膨胀,其波长被拉伸到微波范围,所以被称为“宇宙微波背景辐射”,简称CMB。它相当于早期宇宙的照片,通过观测这种背景辐射,我们就能看到宇宙在38万年时的样子。相对于如今的138亿年来说,那就是宇宙的婴儿时期,可以说CMB是宇宙大爆炸遗留下来的余温,是我们能观测到的最古老的光。 从20世纪60年代被发现以来,科学家利用卫星和望远镜对CMB进行了越来越精细的测量,它承载着非常丰富的信息。例如其中微小温差形成的斑点图案便是形成如今庞大宇宙网的原始种子。图案中那些密度稍大的区域在引力作用下坍缩,最终形成了星系和星系团。事实上,CMB就像宇宙结构的“蓝图”,展示了原始物质分布的状态,让我们了解了宇宙的组成和形状。 通过数十年的研究表明,构成恒星、行星以及我们自身的“普通物质”,仅占宇宙总质量的5%左右,其余部分则是68%的暗能量和27%的暗物质。值得注意的是,新
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