當你仰望星空,仰望星空,望著無邊無際的宇宙[1],你有沒有想過,我們生活的宇宙是如何誕生的,空間是否有邊界,時間是否永遠存在,通過這篇文章將帶你做乙個深入的了解。
根據哈勃定律和宇宙膨脹理論[2]、宇宙微波背景輻射[3]、宇宙中元素的豐度[4],科學家推測宇宙誕生於大**。 在大**之前,宇宙是乙個密度和強度無限大的小物質球,我們稱之為奇點。
奇點是宇宙起源和演化的起點,也被認為是時間和空間的起點,是巨集大模型中所有物質和能量的起點。 在奇點處,宇宙沒有時間,宇宙半徑趨近於零,時空曲率[5]、熱、溫度、壓力等都達到無窮大,體積無限小。
約 1382億年前,奇點產生了乙個巨大的**,它在很短的時間內繼續膨脹。 隨著宇宙的膨脹,熱量冷卻,溫度下降,能量開始轉化為細小的亞原子粒子[6],這是宇宙中第乙個將能量轉化為的物質。 物質和反物質[7]進行了激烈的對抗,最終物質以微弱的優勢獲勝。 隨著溫度的不斷下降,原始離子的活性減慢,開始結合成第乙個原子,首先由氫組成,然後是氦和鋰,這個製造過程持續了38萬年,38萬年後,宇宙冷卻,電子開始減速,開始與新生原子結合。
大**後約2億年,氫原子和氦原子在引力相互作用的影響下繼續聚結形成星雲[8],然後坍縮形成第一顆恆星[9]。 恆星能夠通過核聚變[10]反應形成較重的元素,然後是超新星爆炸[11]。 超新星爆炸不僅催生了比鐵還重的元素,還把它們扔進了太空,使宇宙的複雜性有了質的飛躍,使化學反應成為可能。 這些變化形成了我們今天所看到的宇宙。
由於暗能量的存在[12],宇宙的膨脹正在加速。
根據共形迴圈宇宙理論,宇宙的不斷膨脹最終會導致所有物質成為稀釋的能量,然後宇宙中將只有無處不在的黑洞[13],當宇宙微波背景溫度[14]下降到無限接近絕對零度[15]時,這些黑洞的溫度也會在一定時間高於宇宙微波背景溫度, 從而開始向宇宙微波背景釋放霍金輻射[16],這將使黑洞越來越小。最終,黑洞將完全蒸發,宇宙將只剩下純粹的能量,轉回宇宙的本源——奇點,宇宙將開始新一輪的大**。我們的宇宙正處於這個無限迴圈的奇點-大-膨脹-奇點中。 **10,000粉絲獎勵計畫
但這個奇點的無限迴圈是從什麼時候開始的,這就像乙個古老的哲學問題,是先來的雞還是先來的蛋?
注釋。 1]宇宙:戰國時期的屍體(jiǎo)曾在著作中說過,上下四個方向稱為宇宙,過去和現在稱為宇宙。宇宙不依賴於人類的意識,而是客觀地存在。 宇宙在不斷運動和演變。 它在空間上是無邊無際的,在時間上沒有開始也沒有結束。 宇宙是乙個時空連續體,是我們所處的物理世界的總和,包括所有物質、能量、空間和時間。
2]哈勃定律與宇宙膨脹理論:20世紀初,天文學家哈勃等人發現,宇宙中的星系正在相互遠離,而星系離得越遠,它們遠離的速度就越快。這種現象被稱為哈勃定律,是宇宙膨脹的直接證據。 宇宙的膨脹表明,宇宙在過去一定有乙個起點,從那裡開始膨脹到現在的狀態。
3]宇宙微波背景輻射:20世紀60年代,天文學家發現了宇宙微波背景輻射,這是宇宙遺留下來的熱輻射。宇宙微波背景輻射的存在表明,宇宙曾經處於極熱、極緻密的狀態。
4] 宇宙中元素的豐度:根據巨集大理論,宇宙開始時的條件使輕元素(如氫和氦)更容易形成,而重元素則在隨後的恆星燃燒中逐漸產生。天文學家觀察到的元素豐度與這一理論一致**。
5] 時空曲率:乙個物理術語,描述了引力場中時空的性質如何由物體的質量分布決定。具體來說,物體質量的分布會使時空的性質不均勻,從而導致時空曲率。 粗略地說,物質密度越大,時空曲率就越大。 這也意味著時空的曲率會產生引力。 物體需要遵循運動曲率的指示。 例如,太陽的質量決定了其附近時空的曲率,由於這種曲率,地球以幾乎橢圓形的軌道繞太陽執行。
6] 亞原子粒子:也稱為亞原子粒子,它們是指結構比原子小的粒子。所有原子都由較小的“亞原子”粒子組成,包括電子、質子和中子。 總的來說,亞原子粒子可能是電子、中子、質子、介子、夸克、膠子、光子等等。
7]反物質:反物質是正常物質的反態,當正物質和反物質相遇時,雙方會相互湮滅,相互抵消,發生**並產生巨大的能量。它由反粒子組成,反粒子通常稱為電子和質子,它們具有相同的電量但相反的電。
8] 星雲:星雲是由氣體或塵埃構成的薄體之一,包含除行星和彗星之外的幾乎所有可延展物體。它們的主要成分是氫氣,其次是氦氣,還含有一定比例的金屬和非金屬元素。 星雲為恆星的誕生提供了場所。
9] 恆星:恆星的形成始於巨大的分子雲。這些分子雲主要由氫、氦和塵埃等原子組成。 在某些地區,由於密度增加,引力逐漸增加,從而吸引更多的氣體向其積聚。 當聚集的氣體質量達到一定水平時,重力將其壓縮成球形,形成所謂的“原恆星星雲”。
在原恆星星雲內部,氫原子核由於重力和壓力而開始相互碰撞,引發核聚變反應。 這些反應產生的能量通過恆星周圍的氣體層向外輻射,保持恆星的穩定狀態。 當恆星的溫度和壓力足夠高時,氫的核聚變反應會繼續進行,直到氫幾乎完全耗盡。
[10]核聚變:指小質量原子(主要是氘)在一定條件下(如超高溫高壓)聚合,形成質量較重的新原子核(如氦)。雖然中子比較大,但由於中子不帶電,它也可以從原子核的束縛中逃脫出來,在這次碰撞中被釋放出來,大量的電子和中子的釋放是一種巨大的能量釋放。
11] 超新星爆炸:超新星爆炸通常只發生在非常大質量的恆星中,這些恆星的質量通常是太陽質量的 8 到 15 倍或更多。在爆炸之前,這顆恆星可能會經歷數百萬年的核聚變,消耗其核心的大部分氫燃料。 當氫燃料幾乎耗盡時,恆星的核心開始收縮和公升溫,最終引發氦和其他重元素的核聚變反應。 這些反應釋放出巨大的能量,導致恆星的外層被猛烈地推入太空,形成超新星爆炸。
12] 暗能量:暗能量是一種驅動宇宙運動的能量,在宇宙中起著排斥力的作用。它和暗物質都不會吸收、反射或輻射光。 暗能量是一些人的猜想,指的是一種充滿空間並具有負壓的能量。 根據相對論,這種負壓類似於長距離的反引力。 這個猜想是解釋宇宙加速膨脹和宇宙中物質損失的最流行的解決方案之一。
13]黑洞:黑洞是一種非常特殊的天體,具有極強的引力場,即使是光也無法逃脫它的吸引力,因此被稱為“黑洞”。它是在恆星演化過程中形成的,當恆星燃燒掉核心內部的氫並開始燃燒較重的元素時,如果核心內部的燃料耗盡,恆星將失去能量支援,核心將坍塌。 當核心坍縮到一定程度時,恆星的引力場變得非常強,形成黑洞。
14] 宇宙微波背景溫度:指與宇宙微波背景輻射(cmb)對應的黑體溫度,其值約為2725k。這個溫度是在整個天空中扣除所有前景輻射(包括來自銀河系內星系和星系的輻射)後瀰漫整個宇宙的電磁輻射的溫度,無論它是從哪個方向測量的。 這種輻射是在大**之後30萬年產生的。 大宇宙理論認為,大宇宙發生時,宇宙的溫度極高,然後慢慢冷卻下來,還有大約3k的殘餘熱輻射。
15] 絕對零度:是理論極限溫度,代表溫度的最低可能值,約為-27315(或 0k)。 它是熱力學溫標的零點,根據熱力學第三定律,絕對零度定義為熱力學系統的熵在其純晶體的基態下達到最小值的溫度。 在絕對零度下,分子和原子的運動幾乎停止,不再產生熱量。 當物質的溫度達到絕對零度時,它被認為是完全無熱的。
16]霍金輻射:是黑洞發出的一種熱輻射,由量子效應理論推斷出來。因為霍金輻射會導致黑洞失去質量,當黑洞失去的質量多於獲得的質量時,它就會縮小並最終消失。