如果你躺在露台上,凝望着美丽的夜空,想知道这个美丽的宇宙是如何形成的,那你算是去对了地方。这是亚里士多德谈论的“第一个原因”。最早的解释告诉我们,全能的上帝创造宇宙完全是为了打发寂寞。当然,大多数人不相信这一点,对吧?
幸运的是,还存在一个更加科学,更有说服力的故事:大爆炸理论。
虽然宇宙学家和物理学家已经写了一整本关于它的书,但是用一千字来解释这一现象可能会是一项艰巨的任务。因此我针对一些问题作出解释。
什么是大爆炸理论?
大爆炸理论是关于宇宙如何产生的主要解释。不管听起来多么荒谬,正如你发现的那样,它被广泛接受,因为它最符合科学。它被其他一些理论所质疑,但作为最广泛接受的宇宙学观点而盛行。这不是指情景喜剧。
比利时罗马天主牧师乔治·勒迈特最早提出这一观点时,天文学家埃德温·哈伯于1924年发现星系正在不断分离,意味着宇宙在不断膨胀,这与爱因斯坦的宇宙静止论相反。
宇宙从奇点膨胀。
在整个场景中,乔治斯意识到,在某个时候,宇宙要小得多,因此,它随后的膨胀可以追溯到一个单一的点,从这个点上看,宇宙爆炸了。大约140亿年前,宇宙中所有的质量都集中在这个单一的点上。
我们如何得知大爆炸的发生?
CMBR是一种几乎均匀的电磁波背景,可以在整个宇宙中看到。它是大爆炸遗留下来的热量,充斥着整个天空。这也是我们能看到的最古老的光。然而,我们的眼睛看不到它,因为光已经传播了数十亿年,这延长了它的波长或红色移动”它从紫外线和可见光到微波波段。
左:电磁频谱。右图:存在于我们上方的CMBR,但肉眼看不见。
它的发现是为确定宇宙的形状或“几何”而进行的一项实验的一部分,并由天基望远镜威尔金森微波各向异性探测仪(WMAP)测量微波辐射。
运动中的WMAP,测量空间各个方向的微波,在地球表面没有一点环境干扰。
CMBR为我们展现了一幅微观宇宙的场景,它已诞生将近10万年。起初,由于热量过多,宇宙处于等离子体状态,充满了电离气体,散射光子,使其不透明。直到冷却下来,电子才聚集在一起,形成基本元素。因此,这幅画包含或多或少密集的“斑点”。
WMAP制作的CMBR精美绝伦。
CMBR告诉我们星系是如何和为什么形成的。
研究CMBR能告诉我们什么是大爆炸
让我们再通过几个问题来研究CMBR:
那些点是什么呢?
红色斑点是重力聚集形成的小质量的团块,因此代表较低的能量,因为它们也吸引了光,吸收了它的一些能量。另一方面, 他的蓝色斑点是相对不那么密集的部分,代表更高的能量,由于缺少一定的重量从而能让光线通过。
微小的斑点,表示CMBR地图的小尺度上温度的微小变化。
它们代表最微小的温度变化。温度的形成直接导致恒星和星系的形成,从而形成了生命。
考虑到上述观点,这些微小的肿块是怎么形成的呢?
量子波动!量子力学以极小的尺度支配基本粒子的动力学,并告诉我们,与人们的普遍看法相反,真空不是“空的”,而是包含一个m 势能的变化形式称为量子涨落。
这些是虚拟粒子-反粒子对,就像几个肥皂泡,从虚无中形成,然后相互湮灭,变成虚无。
等等,什么?
是的,不管这听起来多么奇怪,它在数学上是可能的,并得到了海森堡不确定性原则的支持。
另外,为什么地图如此均匀?
更奇怪的是地图在大尺度上的同质性。换句话说,考虑到地图所包含的巨大区域,这些肿块是如何在其他所有肿块之间分配温度的,甚至是宇宙角落里的肿块。
这种同质性困扰了宇宙学家一段时间,直到艾伦·古斯提出宇宙膨胀得很快,比光速还快,就在它突然出现之后。他把这个叫做膨胀,“宇宙暴胀”。
宇宙暴胀
宇宙暴胀是指高度加速的膨胀发生在10-36秒之后,并在10-32秒结束..在膨胀10-30倍后。通胀扩容空间快于光速!
通过足够的时间,让肿块经历一定的过程,分配他们的热量,并达到一个统一的温度,就像一杯咖啡在你的办公桌上。通胀模型支撑小区域被拉伸到较大的区域,我们现在观察到的,是经历过均匀温度的。
因此,宇宙能够保持其均匀性,并给我们CMBR绘制的图像。相变提供了某种排斥力,赢得了与重力和分离物体的战斗,不管它们的质量如何。
但没什么比光速更快的了,对吧?
嗯,有一个漏洞;没什么能比光速更快地穿越太空。该法不考虑空间本身,因为膨胀扩大了空间,从而将两个物体分开而没有违反特殊相对论。
引起宇宙暴胀的原因仍不清楚,提出的理论范围超出了本文的范围。尽管如此,一个流行的理论是宇宙经历了一个相变,将其随机性转换为有序,在这样的一个过程中释放出令人难以置信的能量,就像冰箱通过向周围释放热量来冻结水一样。
这种能量是通过在空间上做功和指数扩展来利用的。因此,爆炸本身就是宇宙暴胀。
著名宇宙学家斯蒂芬·霍金和劳伦斯·克劳斯提倡这样一种观点,即小泡沫随机地冒进冒出。通过膨胀,我们正真看到了周围令人难以理解的宇宙。
根据“大爆炸”理论概述宇宙诞生和进化的插图。
把这些点连接起来,整个现象可以用这个例子来概括:
虚无是什么?
这样的一个问题,不管它听起来有多玄,都是一个科学问题。然而,它太复杂了,还不能回答。量子涨落允许粒子随意进出虚无,但只能是在真空的坩埚里。
但话又说回来,真空是从哪里来的?
即使什么都不想也会让我们不舒服。至少现在,这个令人困惑的问题的答案是...我们根本不知道。我们大家可以说的是,显然,有啥东西而不是什么都没有,因为,正如劳伦斯·克劳斯所说,“没什么是简单的...不稳定”。
参考资料
1.Wikipedia百科全书
2.天文学名词
FY: Serein
作者: sciabc
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