66661月前
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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从宇宙大爆炸到生命的诞生 约138亿年前,我们的宇宙通过大爆炸诞生于物质密度极大、温度极高的奇点,然后开启进化之路。物质或能量或时空在急速膨胀的过程中,物质或能量分布密度与温度急剧下降,逐渐形成可以产生引力效应的粒子。然后随着时空的进一步膨胀,温度继续下降,这些可以产生引力效应的粒子结合成了夸克、电子等基本粒子,开始产生弱相互作用和强相互作用及电磁力。 时空的持续膨胀伴随着温度与物质密度的持续下降,温度下降就是物质运动速度的下降,就是物质相互碰撞速度的下降,逐渐准许夸克结合成中子和质子,宇宙进入以中子和质子为主的时代。这个进化过程虽然很复杂,但进行得很快。比如,当时宇宙的反物质与物质是同比例并且均匀分布的。在局部区域,物质与反物质分布开始趋向极端化,有些区域完全向反物质方向发展,有些区域就向物质方向发展,并继续膨胀。比如,我们银河系与附近星系应该都是物质构成。 在完成正反物质空间分布差异之后,时空又膨胀了许多,温度同步也下降了许多。中子容易衰变成电子和质子,而质子却比较稳定,这意味着质子占比会增加,中子占比会下降。在中子占比下降的过程中,时空继续膨胀,温度继续下降。中子与质子可以结合一起了,而不至于被轻易撞开了,这就形成了氢元素的氘和氚。氘和氚等的碰撞,可以形成氦元素,甚至锂元素。在形成氦元素的过程中,温度继续下降,这样就不具备形成更重元素的温度条件了。 中子的衰变与放射性元素的衰变一样,是粒子的隧穿效应所致,这是一种量子效应。中子与质子结合以后,由于质子的电磁力效应,极大遏制了中子发生遂穿效应的概率,促使中子寿命大幅度提高。但是一个质子的电磁力不如两个质子的电磁力强大,因此,氢的氘同位素中的中子寿命明显小于氦元素中的中子寿命。这也是氢元素中,氘与氚占比极小的原因。
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