《宇宙的起源》 思维导图 在我们生活的地球之外的空间,是一个广袤无垠的星星世界 我们称之为"宇宙"。 它的起源一直受到人们的关注。 宇宙大爆炸理论是指宇宙诞生于一次大爆炸的一种假说, 它首先是由比利时天文学家勒梅特在20世纪20年代末提出来的。 该理论认为,宇宙诞生于100~200亿年前的一次大爆炸。 在这次爆炸中,时间、空间和物质也随之诞生。 而宇宙在发生大爆炸之后并没有处在静止不动的状态, 它还在不断地膨胀。 观测表明,太空中所有的物质都在向与彼此相反的方向移动。 这一发现证明宇宙在膨胀,为大爆炸理论奠定了基础。 在宇宙大爆炸理论中,奇点就是大爆炸的起始点。 该理论认为,宇宙(包括时间和空间)就是在这个点发生大爆炸以后膨胀形成的。 而且,奇点的密度无限大, 热量无限高,体积却无限小。 宇宙大爆炸发生后,它的基本粒子夸克每3个为一组结合产生质子和中子, 将这些夸克联系在一起的是强大的核力。 核力再结合质子和中子,形成氢和氦的核。 宇宙大爆炸发生30万年之后, 电磁力建构了形成原子的物质, 促使每个质子与一个电子结合, 形成一个氢原子。 另外,电磁力还使每个氦核与两个电子聚集, 形成一个氦原子。 这就是原子的形成过程。 科学家认为宇宙爆炸之后曾经发生过一次膨胀速度高到无法想象的超急剧膨胀, 他们将这种急剧膨胀称为暴胀。 暴胀发生前,宇宙体积极小, 星系或星系的前身全都紧密地挤在一起。 暴胀结束后,宇宙的膨胀速度开始放慢。 物理学家认为,宇宙之所以会发生暴胀, 是因为大爆炸之后产生了一个新的量子场暴胀子, 它储存了大量势能, 可以使物质互相排斥, 从而加速宇宙膨胀的速度。
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物理学有个禁区,所有教科书都不敢写清楚宇宙大爆炸之前是什么?答案是没有之前,因为时间本身也是大爆炸炸出来的。那炸它的东西从哪来?这个问题让爱因斯坦沉默,让霍金困惑终生。 地球上的规矩大家都懂,想造点什么总得有原材料。可宇宙大爆炸时,催生它的原材料从哪来? 聊宇宙诞生可先从它的“葬礼”谈起。关于宇宙终结的理论,如大撕裂、大坍缩、大冻结,结局都指向宇宙毁灭:最后一颗恒星燃尽熄灭,宇宙变成漆黑虚无之地;巨型黑洞吞噬残存物质后也蒸发消散;空间持续膨胀,一切变得稀薄到无法相互作用,宇宙活动彻底停止。 但有些专家从这幅末日图景中得出不同结论:这不是结束,而是另一个宇宙的开始。有人坚信,正是这样黑暗、冰冷、空无一物的状态孕育出了大爆炸,宇宙的葬礼就是它的产房。 深入这个假设前,得先弄清最初的物质是怎么出现的。大爆炸刚发生时,原子、分子压根不存在,那时宇宙太热,稳定的东西都形成不了。第一批原子是宇宙冷却后从更简单的粒子形成的,这些粒子后来在恒星里融合成更重的元素。但东西怎么从无中诞生,这解释不了。 把时间往回拨,宇宙历史上第一批长寿的物质粒子是质子和中子,它们组成原子核。通常认为它们在大爆炸后立刻形成,但在那之前,严格意义上的物质根本不存在。好在物理学能让我们把时间线再往前追溯一点点,到稳定物质诞生之前。 在物理学里,那个极早期的时代被称为大统一时期。该理论核心是,大爆炸发生时,强力、弱力和电磁力其实是同一种力的不同表现。深入这片高度理论化的领域,会发现当时的物理世界像一锅沸腾的粒子浓汤,充斥着各种转瞬即逝的基本粒子,包括构成质子和中子的夸克。而且那时物质和反物质数量几乎完全相等,每一个物质粒子都有一个几乎一模一样的反物质镜像“双胞胎”,它们仅在一个关键特性上截然相反,相遇时会湮灭消失。 这些粒子从哪来?量子场论表明,即便时空的真空,也充满物理活动,以能量涨落的形式出现,能让粒子凭空出现又迅速消失,所以时空真空中也在上演粒子“无中生有”的戏码。 问题来了,时空本身是怎么来的?普朗克时期登场了,它表明我们的物理理论在某些地方会撞上不可逾越的高墙。这个极其短暂的时期指大爆炸之后的一瞬间,那时空间和时间本身都成了量子的一部分。要理解它,需要一套完整的量子引力理论,能把量子物理和相对论完美融合,目前最有希望的候选者是M理论和圈量子引力理论。 在这些理论框
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