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宇宙的终极命运到底是什么?从理论到背景,天文学家带你探秘

时间:2020-03-12 11:55:57 作者: 来源:51区未解之谜网 手机阅读

宇宙的最终命运是什么?从理论到背景,天文学家带你探索

天文学在线

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简介:大爆炸理论及其支持证据,微波背景,爆炸过程的阶段和宇宙的最终命运

宇宙的爆炸叫做大爆炸。在这篇文章中,我们将讨论什么是大爆炸理论,我们对该理论的支持证据,以及宇宙将会有什么样的未来。几个世纪以来,人类一直凝视着星星,想知道宇宙是如何发展到今天的。这是关于宗教、哲学和科学的讨论和辩论的主题。一些著名的科学家,如阿尔伯特·爱因斯坦、埃德温·哈博和斯蒂芬·霍金,已经尽了最大努力来揭开宇宙发展的奥秘。宇宙发展最著名和最广为接受的模型之一是大爆炸宇宙学。

大爆炸宇宙学关注早期的一个瞬间。宇宙中所有独立的力都是统一力的一部分。你越往后看,越有科学理论崩溃。最后,你不能发表任何关于正在发生的事情的科学理论,因为科学本身是不适用的。

来源:lonelwolfonline

今天,当我们看夜空时,我们看到星系被一个似乎是巨大的空白空间隔开在大爆炸的最初时刻,我们能观察到的所有物质、能量和空间都被压缩到一个零体积无线密度的区域。宇宙学家称之为奇点

在最初的时刻,宇宙中有太多的能量形成物质。但是宇宙正在迅速膨胀,这意味着它将变得不那么稠密和平静。随着膨胀,物质开始形成,辐射开始失去能量不久,宇宙从空间的一个奇异点诞生了。来源:智慧

大爆炸的结果之一是宇宙中四种基本力的形成。

这些力是

1、电磁

2、强核力

3、弱核力

4和重力

。在大爆炸开始时,这些力量都是统一力量的一部分。大爆炸开始后不久,这些力量就分散成现在的样子。

虽然宇宙很复杂,但所有物质都是由有限数量的粒子组成的,这些粒子的相互作用可以简化为不超过四种不同的相互作用。

许多物理学家和宇宙学家一直致力于形成大统一理论,这将解释这四种力是如何统一的以及它们是如何相互联系的。

大爆炸理论的证据得到了三条证据的有力支持从高速运转的星系到古老的气体云,有大量的证据表明我们今天可以探测到大爆炸的残余。它讲述了一个关于我们宇宙起源的清晰故事。

1是宇宙正在膨胀——星系正在分离,所以在过去,一切都很接近,而且一定是在一个点上。

秒是宇宙微波背景辐射的发现,即年轻炽热宇宙的余辉

3是恒星和气团中轻元素氘、氦和锂的丰度。如果它们是由大爆炸火球中的核过程形成的,它们的丰度是可以预料的。

证据表明,大爆炸发生在13.77亿年前宇宙在短时间内迅速膨胀。这个时期被称为宇宙的膨胀期,并持续快速膨胀和冷却。质子(氢核)和中子出现在第一秒钟,并在三分钟内合成轻元素核。一亿年后,第一批恒星开始在氢云中生长。

宇宙微波背景

在380,000年后,宇宙的温度将约为2,727摄氏度这足以将质子和电子结合成氢原子,氢原子宇宙已经从等离子体(一碗带电粒子汤)变成中性,并允许光子在宇宙中自由移动。今天我们看到这些照片是因为宇宙是在远低于-270℃的温度下形成的这些余辉似乎是来自天空的微弱微波信号,这是在1965年首次被发现的。1990年,美国国家航空航天局的太空背景探测器项目测量了它的精确温度,从那以后,宇航员们仔细绘制了宇宙微波背景辐射图。这些地图揭示了一些热点和冷点,显示了年轻宇宙中星系结构增长的高密度和低密度区域。这份新地图是由能源审计项目普朗克卫星公司制作的。资料来源:大爆炸的第256阶段。奇点

使用广义相对论来推断宇宙在时间上的向后膨胀,在过去有限的时间内产生无限的密度和温度。这个奇点表明广义相对论不能完全描述这个领域的物理定律。仅仅基于广义相对论的模型不能在普朗克时代结束后推断出奇点

普朗克时间是光子以光速移动到等于普朗克长度的距离的时间这就是“时间的量子”。时间的最小度量有任何意义,等于10-43秒。时间的划分毫无意义。在我们今天所理解的物理定律的框架下,我们只能说宇宙是在10-43秒时出现的。

2。

爆炸的最早阶段受到了许多猜测的影响。在最常见的模式中,宇宙充满了均匀和各向同性的高能量密度,巨大的温度和压力,以及快速膨胀和冷却。它膨胀了大约10-37秒。相变导致了宇宙的膨胀。宇宙呈指数增长。在这个过程中,不确定性原理导致的时间密度波动被放大成种子,后来形成了大规模的宇宙结构。在

膨胀之后,再加热将会发生,直到宇宙达到满足夸克胶子等离子体和其他基本粒子需要的温度。温度如此之高,以至于随机粒子处于相对论速度,所有种类的粒子——反粒子——都将在碰撞中继续被创造和摧毁。

3。重子产生

。宇宙的密度持续下降,温度持续下降,所以每个粒子的独特能量都在减少。对称性破坏阶段的转变已经把物理学的基本力量和基本粒子的参数转变成它们现在的形式。大约10-11秒后,由于粒子能量下降到可以通过粒子加速器获得的值,因此出现这种情况的风险降低了。

大约是10-6秒,夸克和胶子结合形成重子,如质子和中子夸克对反夸克的少量过剩导致重子对反夸克的少量过剩这导致了目前宇宙中物质对反物质的支配地位。

的温度不再高到足以产生新的质子-反质子对(类似于中子-反质子),因此大规模的湮灭立即发生。最初的1010个质子和中子只剩下一个了,它们没有反粒子。

4。冷却

膨胀几分钟,当温度约为10亿(1000万)开尔文,密度约为大气密度时,质子和中子在宇宙中结合形成氘和氦原子核的过程称为大爆炸核合成。大多数质子不会结合形成氢核。

当宇宙冷却下来时,物质的剩余质量能量密度支配着引力中光子辐射的质量能量密度。大约379,000年后,电子和原子核结合成原子(主要是氢);因此,辐射与物质分离,并在很大程度上不受阻碍地继续通过空间。这种残余辐射被称为宇宙微波背景辐射在138亿年前的大爆炸后不久,生命的化学反应可能开始于这个宜居时代,那时宇宙只有1000万到1700万年的历史

5。结构形成

经过长时间,物质均匀分布在附近稍密的区域。重力吸引了附近的物质,它们变得更加稠密,形成了气体云、恒星、星系和其他今天可以观察到的宇宙结构这个过程的细节取决于宇宙物质的数量和类型。四种可能的物质类型被称为冷暗物质、暖暗物质、热暗物质和重子威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)提供的

的最佳测量值表明,该数据与假设为冷暗物质的λ冷暗物质模型(早期再电离排除了热暗物质)符合得很好,据估计,宇宙物质/能量的23%和重子物质的4.6%被考虑在内。

来源:新浪。

宇宙加速

来自Ia超新星和宇宙微波背景辐射的几个独立证据表明,宇宙现在被一种称为暗能量的神秘能量形式所支配,这种形式显然渗透到整个宇宙观察表明,今天宇宙总能量密度的73%以这种形式存在。当宇宙还很年轻的时候,它可能会被注入暗能量,但是随着空间越来越小,一切都变得越来越近,重力占据了主导地位,它慢慢地打破了膨胀。但是最终,在数十亿年的膨胀之后,由于足够的暗能量的增长,宇宙的膨胀开始慢慢加速。来源:

: m拜克。so

暗能量的最简单形式是爱因斯坦广义相对论场方程中的宇宙常数项,但它的组成和机制尚不清楚。更一般地说,它的状态方程的细节和它与粒子物理标准模型的关系需要进一步研究,无论是在观察方面还是在理论方面。


宇宙的最终命运

宇宙学家在观察暗能量之前,提出了两个关于宇宙未来的想法如果质量密度大于临界密度,宇宙将达到最大尺寸,然后开始崩溃。它将再次变得稠密和炽热,并以类似于它开始时的状态结束——一声巨响

或如果宇宙的密度等于或低于临界密度,膨胀将会减慢,但永远不会停止。恒星的形成将随着每个星系中星际气体的消耗而停止。恒星会燃尽,留下白矮星、中子星和黑洞。非常缓慢地,这些碰撞将导致质量累积成越来越大的黑洞。宇宙的平均温度将逐渐接近绝对零度——一个大的冻结。来源:sohu

如果质子不稳定,重子将消失,只留下辐射和黑洞。最终,黑洞将通过发射霍克辐射而蒸发宇宙的熵将上升到一个点,在这个点上,有组织的能量将不再能从中提取。这种假设被称为热寂。对加速膨胀的现代观察显示,越来越多目前可见的宇宙将超越我们的视野,与我们失去联系。最终结果未知。

参考文献

1。维基百科全书

2。天文术语

翻译:给安

作者:蒂姆·特罗特

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