你真的相信宇宙的诞生来自大爆炸吗?
我们的宇宙诞生于大约6543.8+037亿年前。在一次巨大的膨胀中,它像一个巨大的气球一样吹向太空。简而言之,就是宇宙大爆炸理论,这个理论几乎得到了所有宇宙学家和理论物理学家的支持。支持这一观点的证据是广泛而令人信服的。例如,我们知道宇宙仍在加速膨胀。
科学家还发现了大爆炸的预测热印记,这是弥漫宇宙的宇宙微波背景辐射。我们看不到任何明显超过654.38+037亿年的东西,说明我们的宇宙就是在那个时候形成的。
地狱
加州大学伯克利分校的天体物理学家亚历克斯·菲利彭科说?这些都让大爆炸有了非常坚实的基础。大爆炸是一个非常成功的理论。?那么这个理论教给我们什么呢?宇宙诞生时到底发生了什么,我们今天观察到的是什么形状?
一开始
传统的大爆炸理论认为,我们的宇宙始于一个奇点——一个密度和温度无限大的点,它的性质很难被我们的头脑掌握。然而,研究人员表示,这可能无法准确反映现实,因为奇点思想是基于爱因斯坦的广义相对论。
加州理工学院的理论物理学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)说:问题是,在这个政权中,没有理由相信广义相对论。这将是错误的,因为它没有考虑量子力学。一旦到了宇宙历史的那个地方,量子力学肯定会非常重要。?所以宇宙的起源还是很模糊的。科学家认为他们可以在大爆炸后大约10到36秒(万亿分之一万亿分之一)的时间里选择这个故事。
在那一点上,他们认为宇宙经历了一个非常短暂而剧烈的膨胀期,其膨胀速度超过了光速。它的大小增加了一倍,可能是100倍或更多,这一切都是在不到一秒的时间内完成的。
科学家说,膨胀似乎违反了狭义相对论,但事实并非如此。狭义相对论认为,没有任何信息或物质可以在空间两点之间以超过光速的速度传输。但是膨胀本身就是空间。)?通货膨胀是大爆炸的“爆发”。菲利彭科说?在通货膨胀之前,只有几件事,大概,只是轻微膨胀。我们需要像膨胀一样让宇宙变大?。
该理论认为,这个迅速膨胀的宇宙几乎没有物质,但却拥有大量的暗能量。暗能量是一种神秘的力量,科学家认为它促进了当前宇宙的加速膨胀。在膨胀期间,暗能量稳定并加速宇宙。但是好景不长。?这只是暂时的暗能量。卡罗尔说。?它通过一个叫做再加热的过程转化为普通物质和辐射。当所有的暗能量消失时,宇宙从膨胀冷却到再次变热。?
科学家不知道它可能会引发通货膨胀。菲利彭科说,这仍然是大爆炸宇宙学的关键问题之一。
另一个想法
大多数宇宙学家认为,膨胀是解释宇宙特征的主要理论——具体来说,这就是为什么它相对平坦和均匀,大致相同数量的物质均匀分布在各个方向。
加州大学戴维斯分校理论物理学家安迪?阿尔布雷特说,各种证据表明,通货膨胀已经成为现实。膨胀理论的缔造者之一阿尔布雷特说?它们都充满了通货膨胀。通货膨胀表现很好。?
然而,膨胀并不是唯一试图解释宇宙结构的想法。理论家提出了另一个循环模型,叫做循环模型,它是基于一个早期的概念,叫做ekpyrotic宇宙。
这种观点认为,我们的宇宙并不是从一个点或类似的地方出现的。更确切地说,它?扩张?从已经存在的宇宙中以比膨胀理论预测的更稳定的速度膨胀。如果这个理论是正确的,我们的宇宙可能会经历无数次?刘海?然后呢。仰卧起坐?。?我们宇宙的开端将是美丽而有限的。宾夕法尼亚大学的伯特?奥果说他是ekpyrotic理论的创始人之一。
圆形模型假设我们的宇宙由11个维度组成,我们只能观测其中的四个维度(三个空间和一个时间)。我们宇宙的四维部分叫做膜。这个想法可能在11维空间中潜伏着其他膜。两条辫子的碰撞可能导致宇宙收缩和膨胀,从而刺激BIGBANG。我们已经看到了今天的证据。
寻找引力波
很快,科学家们可能会确切地知道哪个理论——膨胀或循环模型——更能反映现实。
菲利普说,例如,通货膨胀可能比?反弹?更强的引力波。因此,研究人员正在寻找这些时空扭曲的理论迹象,这些迹象尚未被观测到。
欧洲航天局的普朗克卫星于2009年发射,可能会发现难以捉摸的引力波。Ovrut说,它还可能收集其他证据,无论如何可能会缩小规模。?这些事情将会在接下来的10年被讨论并有希望被决定。奥夫鲁特说。
我们所知的宇宙成形了。
宇宙学家怀疑,统治宇宙的四种力——引力、电磁力和强弱核力——在宇宙诞生时统一为一种力,并由于极端的温度和密度而挤压在一起。
但是随着宇宙的膨胀和冷却,事情发生了变化。在通货膨胀时期,强大的力量可能会分离。大爆炸后,大约10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000-一秒,电磁和弱力也变得明显。
膨胀之后,宇宙很可能充满了炽热致密的等离子体。研究人员认为,它已经冷却到足以在大约1微秒(10到负6秒)内形成第一个质子和中子。
在大爆炸后的前三分钟,这些质子和中子开始融合在一起,形成氘(也称为重氢)。氘原子然后相互连接形成氦-4。
重组:宇宙变得透明
这些新产生的原子都带正电荷,因为宇宙仍然太热,无法捕获电子。
但大爆炸之后,这种情况已经改变了大约38万年。在一个被称为重组的时代,氢和氦离子开始阻碍电子,形成电中性原子。光明显偏离自由电子和质子,但远离中性原子。所以光子现在可以更自由地在宇宙中穿行。重组戏剧性地改变了宇宙的面貌;是不透明的雾,现在变透明了。我们今天观测到的宇宙微波背景辐射可以追溯到这个时代。
然而,重组后的宇宙在很长一段时间内非常黑暗,直到大爆炸后约3亿年第一颗恒星开始发光时,才真正亮起来。他们帮助撤销了重组中所做的大部分工作。这些早期恒星——也许还有其他神秘的来源——释放出足够的辐射,将宇宙中的大部分氢分解成质子和电子。这个过程被称为再电离,似乎是在宇宙大爆炸后约6543.8亿年前完成的。今天的宇宙并不是不透明的,因为它是在重组之前,因为它已经膨胀了很多。科学家说,宇宙中的物质被稀释得很厉害,所以光子散射相互作用相对较少。
随着时间的推移,恒星聚集在一起形成星系,导致宇宙中的结构越来越大。行星聚集在一些新形成的恒星周围,包括我们的太阳。38亿年前,生命在地球上生根发芽。
在大爆炸之前?
尽管关于宇宙最初几个时刻的大部分内容仍是推测性的,但大爆炸之前的问题更加神秘,也更难解决。
对于初学者来说,这个问题本身可能就很荒谬。如果宇宙像一些理论家认为的那样来自虚无,大爆炸标志着时间本身开始的时刻。那样的话,就不会有了?之前?这种事,卡罗尔说。
但是,宇宙诞生的一些概念可以提供可能的答案。例如,圆形模型表明收缩的宇宙领先于我们膨胀的宇宙。卡罗尔也能想象大爆炸前的存在。
这可能只是大爆炸前存在的一个空白空间,然后一些量子涨落产生了我们这样的宇宙。他说。?你可以想象一个小小的空间气泡被波动捏死,只填充了一点点能量,然后就可以通过膨胀进入宇宙。?
菲利彭科也怀疑这些方面可能是真的。?我认为宇宙中的时间始于BIGBANG,但我认为我们是前辈,是母体宇宙的波动。菲利彭科说。
我们最终会知道吗?
宇宙学家和物理学家正试图改进他们的理论,将宇宙最早的时刻带入一个越来越清晰的焦点。但是他们真的会知道大爆炸中发生了什么吗?
这是一个艰巨的挑战,尤其是研究人员的工作时间是6543.8+037亿年。卡罗尔说,但不要指望科学计算。毕竟100年前,人们对宇宙知之甚少。我们不了解广义相对论,比如量子力学。我们不知道宇宙在膨胀,也不知道BIGBANG。
这些我们现在都知道了。卡罗尔说。?进步其实很快,所以我永远不会向悲观屈服。在最近的宇宙学和物理学史上,我们没有理由对大爆炸的理解感到悲观。?
Albrecht表达了类似的乐观,并表示有一天我们甚至可能会发现大爆炸之前是否存在任何东西。
我希望宇宙学如此成功。他说。?似乎大自然给了我们一个明确的信息,那就是我们真的可以利用宇宙来做科学。?