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如果說宇宙大爆炸「炸」出了所有物質,那麼原始材料來自哪裡?
2022/02/27
2022/02/27

宇宙瞬息萬變,當在抬頭望向天空時,或許今天看到的星星,明晚便會不見蹤影,而宇宙也並不是一開始便存在。 人們在宇宙起源上的研究歷經幾個世紀

浩瀚的宇宙

宇宙起源于一個奇點

目前,最為主流的觀點便是宇宙大爆炸理論。 在138億光年以前,也就是在宇宙形成之前,存在一個質量極大、溫度極高、密度極大,但體積極小的奇點。我們將奇點作為宇宙的開始。人們可能會疑問,這個奇點又是從哪來的?

奇點大爆炸

有一些科學家猜測,現存的宇宙是一個多元的宇宙,而我們生活的這個宇宙只是其中的一個小宇宙。宇宙一直在不停地膨脹, 當宇宙中的星體質量過大時,其內部就坍縮成一個物理黑洞,此時它不會再繼續膨脹,而是向內收縮,一直到收縮為一個奇點。這個奇點也就是我們現今宇宙的起源。

宇宙大爆炸

當這個奇點收縮到一定程度時,它的體積就會承受不住如此高溫高密度以及高質量的壓力,從而產生所謂的「大爆炸」。而這裡的「大爆炸」可以理解為是一個形容詞,也就是奇點的膨脹。

奇點在膨脹的瞬間,我們的時間、空間、物質也就隨之產生了。在爆炸之初,這些所謂的物質只能以電子、光子、和中微子等基本粒子的形態存在。奇點爆炸後,宇宙又開始不斷膨脹,此時 溫度和密度開始下降

組成物質的基本粒子

當溫度冷卻下來後,這 些粒子才開始合成為原子、原子核和分子,它們符合成氣體,並逐漸聚集為星雲,也就是各大星球的母體

這些膨脹四射的物質在經過冷卻與空間中的例子合成為質子和中子。宇宙也開始出現雛形。

宇宙大爆炸

大爆炸宇宙理論的研究歷程

關于這個奇點的認識,實際上還是源于科學家們的大爆炸宇宙理論。 比利時天文學家和宇宙學家勒梅特,在1927年首次提出了宇宙大爆炸假說。1929年,愛德溫·哈勃在觀測星系紅移觀現象後提出「哈勃定律」(遙遠星系的退行速度與它們和地球的距離成正比)。

也就是說無論我們從什麼方向看,遠處的星系正在離我們越來越遠,而近處的星系則離我們越來越近。這就說明了,我們的宇宙正在不斷膨脹,這一發現 給以大爆炸為中心的現代宇宙學奠定了根基

哈勃定律

1946年,美國物理學家 伽莫夫正式提出大爆炸理論,他認為我們的宇宙就是形成于大約140億年前的一次大爆炸中,並且我們的宇宙還處于早期高溫宇宙的殘餘輻射中。

1964年, 美國貝爾電話公司年輕的工程師-彭齊亞斯和威爾遜觀測到宇宙微波背景輻射,這一發現與伽莫夫的理論高度接近,並且為我們從宇宙大爆炸理論中去研究宇宙的問題提供了根據。

宇宙微波背景輻射,圖中顏色代表溫度

2014年,美國物理學家觀測到宇宙原初 引力波,原初引力波由愛因斯坦在廣義相對論中提出。 它是宇宙在誕生之初的一種時空波動,相當于是大爆炸的「餘暉」,並且隨著宇宙的演化而被削弱。

2016年,美國與歐洲的天文臺的科學家共同探測到一種引力波,這個引力波是 由兩個大約為30倍太陽質量的黑洞在13億年前的合併中產生,這一發現又為宇宙大爆炸理論提供了新的證據。

引力波

2019年,事件視界望遠鏡組織觀測到了首張基于觀測事實的黑洞照片,這張照片又為大爆炸理論提供進一步的證據。

如此,在科學家的逐步探索中,我們正在慢慢證明,我們的宇宙就是誕生于一次大爆炸,而這次大爆炸的來源,我們暫且將其定為一個奇點。 這次大爆炸不僅將宇宙炸出來,還炸出了宇宙中存在的所有物質

黑洞

既然說這個膨脹點是一個體積巨小的奇點,那麼它是如何蘊藏了那麼多物質? 這些物質的原材料又是從哪來的呢?

或許宇宙在不斷地迴圈著

事實上,人們對于宇宙大爆炸的奇點只是一個假說,這個奇點到底存不存在,以及這些具體的物質從哪裡被炸出來的問題,科學家們還 沒有得到準確的答案

宇宙大爆炸

前文提到,我們現存的宇宙或許只是一個大宇宙中的一部分,就如恒星一樣,宇宙在未來的一天也會坍縮為一個黑洞,之後又是 新一輪的「收縮-膨脹-收縮-膨脹」

這一假說並非毫無根據,此前科學家在研究宇宙時,曾發現有很多「爆炸點」產生于宇宙大爆炸中。根據對許多地球上的外來物質以及太空物質的研究中,可以 推測出一些發生在宇宙中的事件和其發生的時間

宇宙年齡

據科學家們的初步統計,目前宇宙中已發生過20次大爆炸,也就是說,在我們的宇宙經歷大爆炸誕生前,就已經經歷過19次爆炸。

一些天文學家表示,我們宇宙膨脹的速度似乎正在加快,根據大爆炸的模型可以推斷,這種快速膨脹的過程可能是宇宙開始收縮的前兆。也就是說,根據我們對 宇宙循環論的認識, 宇宙將會從現在的狀態又一次收縮為一個奇點,然後到當它有成為一個密度高,體溫、體積大的奇點時,又會產生新一輪的爆炸。

宇宙

這時候,雖然其內在的能量和物質沒有什麼變化,但現存的人類社會就會不復存在或是產生新的世界。 此前,由日本、美國組成的科研小組,對外公佈了一個最新的研究報告,報告顯示,宇宙目前的壽命只剩下大約1400億年的時間

在這個假說下,爆炸時產生的原材料,就可能是上一個宇宙在收縮時聚合成的。只不過不同于收縮前的存在,這些物質可能又會隨之被 收縮簡化為一個個粒子的存在

多元宇宙

根據這一次宇宙形成的初始狀態來看,在被收縮成奇點的宇宙中, 其物質的存在形式只有粒子而不是我們現在擁有的包含原子核的物質形態,雖然我們傾向于它可能只會改變物質形態,但數量和質量應當不會發生變化,但事實究竟如何,還是需要科學家做進一步的探索。

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