导语:今天,人们对宇宙的认识,大多是建立在近一百年来科学家探索的基础上。也许你们不知道,一百多年前,人类认为银河系就是整个宇宙,科学家们也不知道有河外星系存在。19世纪末20世纪初,牛顿的经典力学也被认为是“天人合一、全能无为”,它统治着宇宙万物。但是,仅仅过了一百多年,科学家们就建立了标准模型,量子力学和相对论成为现代物理学的两大基石。
人对宇宙的认识,在过去的一百年中,比过去的几千年更深刻。科学家说宇宙有138亿年的历史,那么138亿年前究竟发生了什么大事呢?未来的世界会发生怎样的变化?世上是否也有灭亡的日子?以下就让我们一起穿越时空,回到大爆炸发生的那一刻,再去极远的未来,共同见证宇宙的历史演变!
01
宇宙发生爆炸以及爆炸结束
1、宇宙发生爆炸
约138亿年前,一个体积无限小、密度无限大、温度无限高、弯曲时间无限长的奇点突然膨胀(爆炸)而形成时空。研究人员认为,在某种程度上,时空和被称为“量子真空”的“量子真空”是由海森堡的不确定性原理所决定的充满量子能量扰动的空间和时间。
2、宇宙爆炸温度的变化
宇宙大爆炸之后的一段普朗克时间(10~43秒),宇宙温度达到10~32度。尽管宇宙大爆炸在瞬间产生了时空,但是普朗克时间之后,对人类来说是有意义的,因为普朗克时间是有意义的最小时间单位。当时,宇宙中只有一种力量(超力),在普朗克时代以前,每立方厘米有91千克体积。
在普朗克时间之后,宇宙变冷了,引力开始分离了,但是其它三种力(强,弱,电磁力)仍然是一体。
在大爆炸之后的10-35秒里,温度仍然是10-27度,形成了夸克、轻子-玻色子等最基本的粒子,宇宙继续冷却,而强大的能量仍然与电磁力相结合。这次爆发以极短的时间(10-33秒)开始,但就在这个短暂的时刻,宇宙膨胀了10次,而膨胀的是时空本身,它并没有突破相对论的光速极限。
在爆炸之后的10-12秒,温度达到10-15度,这是一个基本粒子形成和稳定的时期,质子、中子和反粒子逐渐形成,而电子、夸克、玻色子、中微子、饺子等等都保持稳定。与此同时,电磁力与弱磁场无关,它形成了宇宙中的四种基本力。
02
宇宙爆炸后粒子的变化
1、质子和中子的变化
大爆炸之后,质子和中子在10-5秒内保持稳定。一个更奇怪的现象是:宇宙中的物质比反物质还多,比如说,每有100亿个反质子,宇宙中就会产生100亿+6个质子,另外还有6个质子,这也是“反物质不对称”,这是为什么?现在没有一致的答案。一些科学家认为,大爆炸发生时的宇宙环境过于极端,可能会产生违背重子数守恒的相互作用。
正反物质在碰撞中彼此湮灭,虽然每100亿个反物质中只有6个产生,但它们已足以构成当今宇宙。
2、原子核的形成
宇宙空间的温度超过100亿度,过了一秒钟,宇宙中仍有大量的质子和中子,这些质子本应融合在一起,形成原子核,但由于宇宙空间的温度过高,辐射能很强,很难形成原子核。
在大爆炸之后大约10秒钟,温度达到30亿度,开始形成氢和氦。但是,因为当时的宇宙仍然太热,电子无法被拉到一起,形成中性原子。
03
恒星系统和星系的形成
1、恒星系统的形成
在大爆炸之后的300,000年中,温度在3000度左右,开始形成中性原子,其中最主要的成分是气体物质,然后形成恒星系统。光子可以在宇宙加速膨胀波长时自由飞翔,在宇宙飞行时损失能量,在宇宙加速膨胀波长时在嘴周形成微波,即我们常说的“宇宙微波背景辐射”,大爆炸之后38万年,宇宙开始变得透明!
2、星系的形成
宇宙空间不断扩大,会出现密度与温度不平衡、物质不均匀等现象,结果是什么?重力失衡如果这些区域过于密集,重力就会变大,从而吸引更多物质。但是由于当时温度仍然很高,而且还有较强的辐射压与重力相对抗,所以重力还没有发挥出它强大的控制作用。
在大约一亿年的大爆炸之后,在长时间的冷却之后,宇宙中的辐射压变得非常小,不再能与重力相抗衡。由于地心引力的强大作用,密度相对较大的区域开始吸引越来越多的物质,结果就像滚雪球,物质到达某个临界点后,在地心引力的作用下,开始急剧塌陷,中心温度迅速升高,好星体诞生了!
04
原始恒星以及星系合并
1、原始恒星
原始恒星诞生非常重要,因为宇宙最终不再是黑暗的,光明将会降临。但第一代恒星的生命周期很短,通常不到数百万年,最后,当它们走向死亡时,就会形成白矮星、中子星或黑洞,并在此过程中产生宇宙超级爆发:超新星爆发,这是宇宙后期演化的关键。
在超新星爆发时,强大的爆炸力量会将外层物质喷射到星际空间,这将是下一代星球的原料!宇宙大爆炸之后大约6亿年,星系开始形成。
2、星系合并
银河系合并从来没有停止过,一直持续到现在。例如,我们的银河系离仙女座星系非常近,科学家们预计,大约35亿年后,这两个星系将合并为一个更大的星系。
一个重大事件发生在宇宙:大约90亿年前,太阳和太阳系诞生了。尽管太阳只是宇宙中最普通的一颗星,但它对人类来说却意义非凡!随着太阳的诞生,太阳系又开始在其强大的支配下形成。
3、地球的变化
在地球诞生大约十亿年之后,地球上出现了最原始的生物——大爆炸,它是地球长期进化史上另一个里程碑。自那以后,地球已经经历了五次物种大灭绝,但是它仍然顽强地生存着,并不断向前发展,从低级到高级,直到今天我们看到的生命世界,五彩缤纷。从大爆炸开始,一直到今天,这都是宇宙的故事,那宇宙漫长的未来将会向何处去?
十亿年后,我们的太阳将变得更大更热,因此地球不再适合生命存在,海洋将完全蒸发。实际上,太阳从它诞生的时候就开始变热了,尽管是相对缓慢的。当太阳的核燃料逐渐减少时,太阳加热开始加速。三百五十亿年后,我们的银河系与仙女座星系合并为一个椭圆星系。五亿年后,太阳燃料耗尽,太阳内部发生剧烈崩塌,最终形成白矮星。
结语:经过一千亿年后,宇宙以暗能量的力量不断膨胀,速度越来越快,星系间距离越来越远,宇宙空间越来越空。。但是,既然氢燃料毕竟是有限的,那么它的结果就显而易见了,这意味着所有的恒星最终都会消失。这些生命周期最长的是红矮星(因为质量较小,燃烧也较慢),最后一颗红矮星即将死亡,宣告了宇宙光明时代的终结,黑暗时代的到来!
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