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66661周前
宇宙的诞生是来自一场大爆炸。这个说法是目前科学界公认的,在爆炸的瞬间形成了一个高温高密度的微小空间,之后开始快速的膨胀。并且这种膨胀一直持续到了现在,甚至可以说就在你看视频的这一刻,天上的恒星跟星系也在不断地远离我们。所以今天要讲的就是在大爆炸之前,宇宙到底应该是什么样子的。 根据爱德温哈伯在1929年提出的哈伯定律来看,距离地球越远的天体远离速度就越快,这就代表宇宙应该一直都在膨胀的。而乔治华盛顿大学的伽莫夫博士根据这个定论就提出了大爆炸宇宙学模型。他认为如果把时间倒回去,宇宙一定会变得越来越小,最后收缩成一个非常非常小的点。但这也不是唯一的解释。 还有一个观点叫做定常宇宙论。他认为宇宙在任何时间、任何地点看起来都是一样的,它没有起点也没有终点。这个说法一样也可以解释哈勃定律。所以在20世纪50年代到60年代,大爆炸理论跟定常宇宙论之间还发生过一次超大规模的学术辩论赛。好玩的是最开始大爆炸这个名字是带有贬义意思的。据说是一个反对大爆炸的理论学者叫弗洛德霍伊尔,他在BBC广播节目中就嘲笑地说:居然有人会相信宇宙的起源是来自一场大爆炸,但没想到的是这一次带有挖苦性的说法反而被大家给接受了,也让大爆炸变成了一个正式的名字。而真正让这个理论站稳脚跟的是在1965年一个重要的发现。当时的科学家通过射电望远镜探测到了宇宙大爆炸残留下来的信号,也就是宇宙微波背景辐射。而伽莫博士他在提出大爆炸理论的时候就已经预测到了辐射的存在,等有了这个决定性的证据,大爆炸宇宙模型才受到了整个学界的认可。宇宙的起源是从高温高密度状态形成的,这个观点也正式的被确立了下来。目前科学界普遍认为的宇宙演化过程应该是在138亿年前。宇宙诞生后10的-43次方秒,也就是普朗克时期,宇宙的温度一下就到了几千万亿度。在这样的环境下,基本的粒子,比如夸克和轻子也开始慢慢的形成。但随着宇宙不断的膨胀和降温,大概在3分钟左右,氢和氦也开始出现了。那到了宇宙诞生后的38万年左右,光子终于不再被电子给挡住,或者被撞来撞去了,它可以自由的移动,想去哪就去哪,这一下就让整个宇宙变得透明了。 这个阶段就是我们常说的宇宙重组时刻,也让之前残余的辐射,可以在宇宙里不停的被传播。就算到了现在,我们还是可以接收到宇宙微波背景辐射。而在宇宙膨胀和冷却的这个过程里,本来非常小的粒子也在慢慢的被放大,最后变成了各种天体。在他们的内部,又产生
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66661周前
你敢信吗?我们熟知的“宇宙大爆炸”可能压根不是起始!138亿年前那场炽热爆发其实只是宇宙的“第二幕”。在这之前,宇宙曾经历一段比科幻更疯狂的“暴胀期”,不到万亿亿亿分之一秒内,它从一个比原子还小的点膨胀到比3500亿个星系加起来还大! 这还不是最炸的,有理论认为,我们所在的宇宙可能只是无数个“平行宇宙”中的一个。别的宇宙里,可能光速更慢、引力更弱,甚至根本没有生命。那暴胀是怎么开始的?又为何停止?我们真的活在“膜碰撞”产生的宇宙里吗? 你好宇宙人,今天我就带你一起揭秘宇宙大爆炸。先说个颠覆认知的事实,爱因斯坦的理论其实藏了一个“天坑”,他告诉我们宇宙始于大爆炸,但科学家后来发现,这个爆炸根本解释不了一个致命问题:为什么宇宙各个方向的温度几乎一模一样? 按理说,138亿年前爆炸产生的物质根本没时间跑到940亿光年外“串门”,更别提让整个宇宙温度均匀了!这就好比你在北京点了把火,结果纽约的温度也瞬间跟你一样。物理学上这叫“视界问题”,听着玄乎,但它逼着科学家不得不承认:大爆炸之前肯定发生了什么更疯狂的事! 1980年,物理学家阿兰·古斯提出了一个石破天惊的想法:暴胀理论。他说,在大爆炸之前的10的负35次方秒里,宇宙经历了一场“疯狂生长”。想象一下,你手里的一粒沙子突然在一眨眼的功夫膨胀到比整个银河系还大,这还只是个比喻,真实的暴胀比这夸张一万倍! 这场膨胀让宇宙尺度至少翻了80个倍,每一次翻倍宇宙就大一倍,80次翻倍是什么概念?1后面跟24个零倍!这个数字大到你的大脑根本无法想象!更离谱的来了,驱动这场暴胀的能量居然来自“空无一物”的真空! 没错,真空不是空的,它蕴含着一种叫“暴胀场”的神秘能量。当这股能量达到临界点时,宇宙就像被打了一针“超级兴奋剂”,开始疯狂膨胀。而当暴胀突然停止的那一刻,所有能量瞬间转化成物质和热量,宇宙温度飙升到10的32次方度,这才是我们熟知的“大爆炸”! 所以说,大爆炸不是开始,它只是暴胀结束后的“余波”!但故事到这里才刚刚开始,有些科学家脑洞更大,他们说:暴胀可能从来没有完全停止过!想象一下,暴胀就像一场永不熄灭的大火,虽然我们这片区域的火灭了,变成了我们的宇宙,但在其他区域,火还在烧! 每一块火熄灭的地方都会诞生一个新的宇宙,这就是“永恒暴胀”理论。按照这个理论,此时此刻,宇宙中可能正在诞生无数个新宇宙,而我们只是其中微不足道的一个!这
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宇宙诞生记:一场从“虚无”中爆发的史诗 你是否曾仰望星空,思索过这一切从何而来?那个关于起点的问题——宇宙大爆炸,听起来像一声巨响,但其背后的故事,远比这两个字复杂和精妙。今天,我们就来翻开宇宙的“成长日记”,看看这部138亿年的史诗是如何开篇的。 序幕:一场理论的“升级” 首先需要了解,我们常说的“热大爆炸理论”更像一个经典模型,如同牛顿力学,它非常成功,但并非全貌。最新的理论(如暴胀理论)指出,在热大爆炸之前,宇宙可能经历了一次极速的“真空暴涨”,可以形象地理解为一场源自量子真空的“时空地震”。这好比相对论是对牛顿力学的升级,暴胀理论是对热大爆炸理论的深化。我们今天的故事,就从升级后的“热大爆炸”剧本开始讲起。 第一幕:力的分离——宇宙的“降温”与“分家” 想象一下,宇宙的开端是一个温度极高、密度极大的“原点”。在最初的、短暂到无法形容的瞬间(10^-43^秒内),我们熟知的所有物理规律都失效了。此时,引力、电磁力、强力和弱力这四种基本力是统一在一起的,处于一种“完美对称”的状态。 随着宇宙以光速膨胀并急速冷却,发生了一系列决定性的变化,就像高温的水蒸气冷却后变成水,再结成冰一样。这个过程叫做相变,而其本质是对称性破缺——宇宙最初的完美对称性被一步步打破。 * 10^-43^秒:温度降至10^32^摄氏度,引力第一个“分家”出来,独自掌管时空的弯曲。 * 10^-36^秒:温度降至10^28^摄氏度,强力也分离出去,它将负责未来构成原子核。 * 10^-12^秒:温度降至10^15^摄氏度,弱力和电磁力最后分离。至此,塑造我们世界的四种基本力全部登场。 小知识:我们已在粒子对撞机上验证了电磁力与弱力的统一,但更早期的两次相变,因所需能量太高,尚待未来科技去证实。 第二幕:物质的诞生——幸运的“不对称” 一个完全对称的宇宙会是什么样?那将是一片光子的海洋。因为能量从真空中激发出一个粒子(如电子),必然会同时激发出一个反粒子(正电子),它们相遇便会湮灭,回归为能量。如果完全对称,宇宙中的所有正反物质都会相互湮灭,什么也不会留下。 幸运的是,我们的宇宙发生了一点“意外”。在大爆炸后约10^-11^秒,发生了CP对称性破缺。这导致在十亿对正反粒子湮灭后,会多出一个正物质粒子。正是这微乎其微的“不平衡”(十亿分之一),构成了今天我们看到的星辰
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66661周前
然宇宙大爆炸只是一个假说而已,为什么能被众多科学家们认可? 很多人认为它解释了宇宙的起源问题,例如描述宇宙诞生于一百三十八亿年前一个密度和温度无限高的起点,随后一场大爆炸诞生了整个宇宙。然而这种说法早在一九八二年就已经被暴涨理论所取代了。起点论只是基于广义相对论反推的数学结果,大爆炸理论事实上从未正视过起点的存在。当时的物理学家们也普遍不认同这种说法,但其点论作为主流的科学认知,在全世界范围内流行了约五十年,包括教科书、纪录片均将起点作为宇宙起源,这才不断被其他宇宙模型所质疑。 实际上大爆炸理论的优势在于将不可观测的起源问题转化为了可观测验证的演化问题,也就是说它只负责描述爆炸后的宇宙是如何演化至今的。其核心观点为我们的宇宙经历过一个尺度极小、温度极高的早期,该理论适用于宇宙诞生时的负三十二次方秒后,也就是从宇宙爆炸后的热大爆炸开始,在这之前发生的事情就不归它管了。这样一来现代大爆炸模型就几乎等同于宇宙演化史,也是目前唯一完备的宇宙演化模型,相关研究已经斩获六项诺贝尔物理学奖。 那么大爆炸理论到底有没有争议?目前天文学家已经观测到了三大重要证据。 • 第一,宇宙膨胀。早在一九二九年,天文学家哈勃观察到了遥远星系的光谱,几乎都存在红移现象,这意味着星系普遍都在加速的远离我们,并且距离的越远他们远离的速度也越快,最终得出了宇宙是在不断膨胀的结论。这里可以理解为吹气球那样,如果把星系比作气球上的图案,那这些图案之间的距离就会因为气球的逐渐增大而导致相互远离的速度越快。既然宇宙在不断膨胀,这就说明之前所有星系的距离都是更为靠近的,以至于能追溯到宇宙才刚开始膨胀时,就像还未被吹气的气球那样,所有物质都被汇集到了一个狭小的空间里一样。 • 第二,宇宙元素的丰度。在大爆炸理论中,由于宇宙诞生初期的温度极高,使得质子与中子相互发生了极其猛烈的碰撞,根本无法形成稳定的原子核结构。直到大爆炸后的几分钟里,随着空间膨胀让宇宙的温度降低到一定程度时,便会经历所谓的太初合成。按照大爆炸的模型,此过程主要会产生百分之七十五的氢和百分之二十五的氦。而在我们的实际观测中,通过对太阳以及其他恒星和星云等天体进行光谱分析后,最终可得出宇宙中的元素占比大概就是百分之七十五的氢以及百分之二十四的钛,而剩下约百分之一的其他元素则多数是通过恒星内部核聚变所产生的,这就与大爆炸模型中的预测非常吻合了。我们也
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