细思极恐的宇宙大爆炸•公众理解科学系列(二十一)

“大爆炸宇宙论”(The Big Bang Theory)认为:宇宙是由一个致密炽热的奇点于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。1927年,比利时天文学家和宇宙学家勒梅特(Georges Lemaître)首次提出了宇宙大爆炸假说。到1946年,美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论。但是大爆炸理论的有很多细思极恐的地方。

01

奇点:终结也是开始!

奇点是一个密度无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的“点”,一切已知物理定律均在奇点失效,空间和时间在该处完结。也就是说奇点的势能强大到空间和时间都已没有意义。正是因为如此,所以现代物理学家们都认为奇点既是无形的,又是有形的,不断将无形的势能转化成有形的物质宇宙,并产生时间和空间。

02

创世十秒钟!

大爆炸后10负43次方秒:约10的32次方度,宇宙从量子涨落背景出现,在此之前,宇宙的密度可能超过每立方厘米10的94次方克,超过质子密度10的78次方倍,物理学上所有的力(包括引力、电磁力等等)都是一种。在这个阶段,引力分离了出来,开始独立存在。

大爆炸后10的负35次方秒:约10的27次方度。此阶段宇宙已经冷却到强相互作用可以分离出来,而弱相互作用及电磁相互作用仍然统一于所谓电弱相互作用。宇宙也发生了暴涨,暴涨仅持续了10的负33次方秒,在此瞬间,宇宙经历了100次加倍(2的100次方)。

大爆炸后10的负12次方秒:约10的15次方度,粒子期,质子和中子及其反粒子形成,玻色子、中微子、电子、夸克以及胶子稳定下来。宇宙变得足够冷,电弱相互作用分解为电磁相互作用和弱相互作用。

大爆炸后0.01秒:约1000亿度,光子、电子、中微子为主,质子中子仅占10亿分之一,热平衡态,体系急剧膨胀,温度和密度不断下降。

大爆炸后0.1秒后:约300亿度,中子质子比从1.0下降到0.61。

大爆炸后1秒后:约100亿度,中微子向外逃逸,正负电子湮没反应出现,核力尚不足束缚中子和质子。

大爆炸后10秒后:约30亿度,核时期,氢、氦类稳定原子核(化学元素)形成!宇宙的物质基础初步形成,从无到有的创世结束,缤纷多彩的创世开始,直至出现智慧生命。

实际上,宇宙创世的那一瞬间究竟发生了什么事情,科学家们都只能在脑海里想象而已,也根本没有观测证据来证实。

03

最后的猜测

宇宙学家提出这样的猜测,宇宙是由四种力量(电磁力、强核力、弱核力和重力)统治着。在宇宙诞生时四种力量是统一的,但是随着创世的开始,四种力量被分离了出来。但是这四种基本力还是要回归到一体的,那时将是整个宇宙的终结,同时也是新的宇宙的开始,然后酝酿新的轮回。

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