大爆炸! 《宇宙的奇点》是一篇了解宇宙如何从无到有的文章

小夏 科学 更新 2024-02-21

当你仰望星空,仰望星空,望着无边无际的宇宙[1],你有没有想过,我们生活的宇宙是如何诞生的,空间是否有边界,时间是否永远存在,通过这篇文章将带你做一个深入的了解。

根据哈勃定律和宇宙膨胀理论[2]、宇宙微波背景辐射[3]、宇宙中元素的丰度[4],科学家推测宇宙诞生于大**。 在大**之前,宇宙是一个密度和强度无限大的小物质球,我们称之为奇点。

奇点是宇宙起源和演化的起点,也被认为是时间和空间的起点,是宏大模型中所有物质和能量的起点。 在奇点处,宇宙没有时间,宇宙半径趋近于零,时空曲率[5]、热、温度、压力等都达到无穷大,体积无限小。

约 1382亿年前,奇点产生了一个巨大的**,它在很短的时间内继续膨胀。 随着宇宙的膨胀,热量冷却,温度下降,能量开始转化为细小的亚原子粒子[6],这是宇宙中第一个将能量转化为的物质。 物质和反物质[7]进行了激烈的对抗,最终物质以微弱的优势获胜。 随着温度的不断下降,原始离子的活性减慢,开始结合成第一个原子,首先由氢组成,然后是氦和锂,这个制造过程持续了38万年,38万年后,宇宙冷却,电子开始减速,开始与新生原子结合。

大**后约2亿年,氢原子和氦原子在引力相互作用的影响下继续聚结形成星云[8],然后坍缩形成第一颗恒星[9]。 恒星能够通过核聚变[10]反应形成较重的元素,然后是超新星爆炸[11]。 超新星爆炸不仅催生了比铁还重的元素,还把它们扔进了太空,使宇宙的复杂性有了质的飞跃,使化学反应成为可能。 这些变化形成了我们今天所看到的宇宙。

由于暗能量的存在[12],宇宙的膨胀正在加速。

根据共形循环宇宙理论,宇宙的不断膨胀最终会导致所有物质成为稀释的能量,然后宇宙中将只有无处不在的黑洞[13],当宇宙微波背景温度[14]下降到无限接近绝对零度[15]时,这些黑洞的温度也会在一定时间高于宇宙微波背景温度, 从而开始向宇宙微波背景释放霍金辐射[16],这将使黑洞越来越小。最终,黑洞将完全蒸发,宇宙将只剩下纯粹的能量,转回宇宙的本源——奇点,宇宙将开始新一轮的大**。我们的宇宙正处于这个无限循环的奇点-大-膨胀-奇点中。 **10,000粉丝奖励计划

但这个奇点的无限循环是从什么时候开始的,这就像一个古老的哲学问题,是先来的鸡还是先来的蛋?

注释。 1]宇宙:战国时期的尸体(jiǎo)曾在著作中说过,上下四个方向称为宇宙,过去和现在称为宇宙。宇宙不依赖于人类的意识,而是客观地存在。 宇宙在不断运动和演变。 它在空间上是无边无际的,在时间上没有开始也没有结束。 宇宙是一个时空连续体,是我们所处的物理世界的总和,包括所有物质、能量、空间和时间。

2]哈勃定律与宇宙膨胀理论:20世纪初,天文学家哈勃等人发现,宇宙中的星系正在相互远离,而星系离得越远,它们远离的速度就越快。这种现象被称为哈勃定律,是宇宙膨胀的直接证据。 宇宙的膨胀表明,宇宙在过去一定有一个起点,从那里开始膨胀到现在的状态。

3]宇宙微波背景辐射:20世纪60年代,天文学家发现了宇宙微波背景辐射,这是宇宙遗留下来的热辐射。宇宙微波背景辐射的存在表明,宇宙曾经处于极热、极致密的状态。

4] 宇宙中元素的丰度:根据宏大理论,宇宙开始时的条件使轻元素(如氢和氦)更容易形成,而重元素则在随后的恒星燃烧中逐渐产生。天文学家观察到的元素丰度与这一理论一致**。

5] 时空曲率:一个物理术语,描述了引力场中时空的性质如何由物体的质量分布决定。具体来说,物体质量的分布会使时空的性质不均匀,从而导致时空曲率。 粗略地说,物质密度越大,时空曲率就越大。 这也意味着时空的曲率会产生引力。 物体需要遵循运动曲率的指示。 例如,太阳的质量决定了其附近时空的曲率,由于这种曲率,地球以几乎椭圆形的轨道绕太阳运行。

6] 亚原子粒子:也称为亚原子粒子,它们是指结构比原子小的粒子。所有原子都由较小的“亚原子”粒子组成,包括电子、质子和中子。 总的来说,亚原子粒子可能是电子、中子、质子、介子、夸克、胶子、光子等等。

7]反物质:反物质是正常物质的反态,当正物质和反物质相遇时,双方会相互湮灭,相互抵消,发生**并产生巨大的能量。它由反粒子组成,反粒子通常称为电子和质子,它们具有相同的电量但相反的电。

8] 星云:星云是由气体或尘埃构成的薄体之一,包含除行星和彗星之外的几乎所有可延展物体。它们的主要成分是氢气,其次是氦气,还含有一定比例的金属和非金属元素。 星云为恒星的诞生提供了场所。

9] 恒星:恒星的形成始于巨大的分子云。这些分子云主要由氢、氦和尘埃等原子组成。 在某些地区,由于密度增加,引力逐渐增加,从而吸引更多的气体向其积聚。 当聚集的气体质量达到一定水平时,重力将其压缩成球形,形成所谓的“原恒星星云”。

在原恒星星云内部,氢原子核由于重力和压力而开始相互碰撞,引发核聚变反应。 这些反应产生的能量通过恒星周围的气体层向外辐射,保持恒星的稳定状态。 当恒星的温度和压力足够高时,氢的核聚变反应会继续进行,直到氢几乎完全耗尽。

[10]核聚变:指小质量原子(主要是氘)在一定条件下(如超高温高压)聚合,形成质量较重的新原子核(如氦)。虽然中子比较大,但由于中子不带电,它也可以从原子核的束缚中逃脱出来,在这次碰撞中被释放出来,大量的电子和中子的释放是一种巨大的能量释放。

11] 超新星爆炸:超新星爆炸通常只发生在非常大质量的恒星中,这些恒星的质量通常是太阳质量的 8 到 15 倍或更多。在爆炸之前,这颗恒星可能会经历数百万年的核聚变,消耗其核心的大部分氢燃料。 当氢燃料几乎耗尽时,恒星的核心开始收缩和升温,最终引发氦和其他重元素的核聚变反应。 这些反应释放出巨大的能量,导致恒星的外层被猛烈地推入太空,形成超新星爆炸。

12] 暗能量:暗能量是一种驱动宇宙运动的能量,在宇宙中起着排斥力的作用。它和暗物质都不会吸收、反射或辐射光。 暗能量是一些人的猜想,指的是一种充满空间并具有负压的能量。 根据相对论,这种负压类似于长距离的反引力。 这个猜想是解释宇宙加速膨胀和宇宙中物质损失的最流行的解决方案之一。

13]黑洞:黑洞是一种非常特殊的天体,具有极强的引力场,即使是光也无法逃脱它的吸引力,因此被称为“黑洞”。它是在恒星演化过程中形成的,当恒星燃烧掉核心内部的氢并开始燃烧较重的元素时,如果核心内部的燃料耗尽,恒星将失去能量支持,核心将坍塌。 当核心坍缩到一定程度时,恒星的引力场变得非常强,形成黑洞。

14] 宇宙微波背景温度:指与宇宙微波背景辐射(cmb)对应的黑体温度,其值约为2725k。这个温度是在整个天空中扣除所有前景辐射(包括来自银河系内星系和星系的辐射)后弥漫整个宇宙的电磁辐射的温度,无论它是从哪个方向测量的。 这种辐射是在大**之后30万年产生的。 大宇宙理论认为,大宇宙发生时,宇宙的温度极高,然后慢慢冷却下来,还有大约3k的残余热辐射。

15] 绝对零度:是理论极限温度,代表温度的最低可能值,约为-27315(或 0k)。 它是热力学温标的零点,根据热力学第三定律,绝对零度定义为热力学系统的熵在其纯晶体的基态下达到最小值的温度。 在绝对零度下,分子和原子的运动几乎停止,不再产生热量。 当物质的温度达到绝对零度时,它被认为是完全无热的。

16]霍金辐射:是黑洞发出的一种热辐射,由量子效应理论推断出来。因为霍金辐射会导致黑洞失去质量,当黑洞失去的质量多于获得的质量时,它就会缩小并最终消失。

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