
正如我們今天所知道的那樣,創建宇宙花了很多時間。在八個工作日中,Space.com著眼於我們系列的天堂的奧秘:宇宙的歷史和未來。這是該系列的第5部分。
我們的宇宙大約在大約137億年前出生,在大規模擴張中,像巨大的氣球一樣吹出了空間。
簡而言之,大爆炸理論,幾乎所有的宇宙學家和理論物理學家都認可。支持這個想法的證據是廣泛而令人信服的。例如,我們知道,即使現在,宇宙仍在以不斷加速的速度擴展。
科學家還發現了大爆炸的預測熱烙印,宇宙滲透了宇宙微波背景輻射。而且我們看不到任何顯然超過137億年的物體,這表明我們的宇宙大約在那個時候。
加利福尼亞大學伯克利分校的天體物理學家亞歷克斯·菲利彭科(Alex Filippenko)說:“所有這些事情都使大爆炸的基礎上的大爆炸。” “大爆炸是一個非常成功的理論。”
那麼這個理論教給我們什麼?我們宇宙誕生時到底發生了什麼,它如何使我們今天觀察到的形狀? [信息圖遊覽:宇宙的歷史和結構這是給出的
開始
傳統的大爆炸理論認為,我們的宇宙始於一個奇異性 - 無限密度和溫度的點,我們的大腦難以掌握其性質。但是,研究人員說,但是,這可能無法準確反映現實,因為奇異性的想法是基於愛因斯坦的一般相對論理論。
加州理工學院理論物理學家肖恩·卡羅爾(Sean Carroll)說:“問題是,沒有任何理由相信這種政權的一般相對論。” “這將是錯誤的,因為它沒有考慮到量子力學。一旦到達宇宙歷史上的那個地方,量子力學肯定會很重要。”
因此,宇宙的開頭仍然很模糊。科學家認為,在大爆炸之後,他們可以在大約10到36秒的大約10秒鐘(即一萬億美元的一萬億分之一)中挑選這個故事。
他們認為,在這一點上,宇宙經歷了一個非常短暫而戲劇性的通貨膨脹時期,比光速快的速度更快。它的尺寸大約100倍或更長時間,都在幾秒鐘的幾個小部分的範圍內。 [現在以10個簡單的步驟進行大爆炸這是給出的
(通貨膨脹似乎違反了特殊相對論的理論,但事實並非如此,科學家說。特殊的相對論認為,在空間的兩個點之間沒有任何信息或物質比光速更快。但是通貨膨脹是空間本身的擴展。)
Filippenko告訴Space.com:“通貨膨脹是“通貨膨脹是大爆炸的“爆炸”,只有一點東西,很可能會擴大一點。我們需要通貨膨脹才能使宇宙大大。 ”
該理論提出了這個迅速擴展的宇宙幾乎沒有問題,但是它擁有大量的黑暗能量。深色能源是科學家認為正在推動宇宙當前加速擴張的神秘力量。
在通貨膨脹期間,暗能量使宇宙變得光滑並加速。但是它沒有持續很長時間。
卡洛爾告訴Space.com:“這只是暫時的黑暗能源。” “它通過稱為再加熱的過程轉化為普通物質和輻射。當所有黑暗能量消失時,宇宙從通貨膨脹期間的冷變成了再次變熱。”
科學家不知道什麼可能刺激通貨膨脹。 Filippenko說,這仍然是Big Bang Cosmology中的關鍵問題之一。
另一個想法
大多數宇宙學家將通貨膨脹視為解釋宇宙特徵的主要理論,特別是為什麼它相對平坦且均勻,大致相同的東西在各個方向上均勻分佈。
加州大學戴維斯分校的理論物理學家安迪·阿爾布雷希特(Andy Albrecht)說,各種證據表明通貨膨脹是現實。 [圖像:凝視大爆炸這是給出的
通貨膨脹理論的建築師之一阿爾布雷希特(Albrecht)說:“它們都與通貨膨脹的圖片相當融合在一起。” “通貨膨脹的表現非常出色。”
但是,通貨膨脹並不是試圖解釋宇宙結構的唯一想法。理論家提出了另一個稱為循環模型的理論家,該模型基於一個較早的概念,稱為ekpyrotic宇宙。
這個想法認為,我們的宇宙並沒有從一個點或類似的角度出現。相反,它從已經簽約的曾經存在的宇宙中“彈跳”到擴張的速度比通貨膨脹理論預測的更加穩定的速度。如果這個理論是正確的,我們的宇宙很可能經歷了“劉海”和“緊縮”的無盡繼任。
賓夕法尼亞大學的伯特·奧維魯特(Burt Ovrut)說:“我們宇宙的開始將是一個友好和有限的。”
循環模型認為我們的宇宙由11個維度組成,其中只有4個可以觀察到(三個空間和一個時間)。我們宇宙的四維部分稱為Brane(膜的縮寫)。
這個想法提出了,可能還有其他麩皮潛伏在11維空間中。兩個麩皮之間的碰撞可能使宇宙從收縮到擴張,激發了我們今天看到的大爆炸。
尋找引力波
很快,科學家可能會確定哪種理論(通貨膨脹或循環模型)是對現實的更好代表。
例如,通貨膨脹可能會產生更強大的引力波Filippenko說,而不是ekpyrato的“彈跳”。因此,研究人員正在尋找這些時空的理論扭曲的任何跡象,這些跡象尚未觀察到。
這歐洲航天局2009年推出的普朗克衛星可能會發現難以捉摸的引力波。 Ovrut說,它還可能收集其他證據,這些證據可以使鱗片變化。
Ovrut告訴Space.com:“這些事情將在未來10年內進行討論並希望決定。”
我們知道的宇宙成形
宇宙學家懷疑統治宇宙的四種力量 - 重力,電磁和弱和強大的核力量 - 在宇宙誕生的一支力量中統一,由於涉及的極端溫度和密度而被壓縮在一起。
但是隨著宇宙的擴展和冷卻,情況發生了變化。大約在通貨膨脹時期,強力可能分離出來。在大約10萬億美元之後大霹靂,電磁和弱力也變得明顯。
通貨膨脹之後,宇宙可能充滿了炎熱,密集的等離子體。研究人員認為,在1微秒左右(減去6秒的10秒)左右,它冷卻得足以使第一個質子和中子形成。
大爆炸後的前三分鐘,這些質子和中子開始融合在一起,形成氘(也稱為重氫)。然後,氘原子彼此相連,形成氦4。
重組:宇宙變得透明
這些新創建的原子都呈陽性,因為宇宙仍然太熱了,無法捕獲電子。
但這發生在大爆炸後約380,000年。在稱為重組的時期,氫和氦離子開始抓住電子,形成電氣中性原子。光顯著散佈著游離電子和質子,但中性原子卻少得多。因此,現在光子可以更自由地瀏覽宇宙。
重組急劇改變了宇宙的外觀;它曾經是不透明的霧,現在變得透明了。我們今天觀察到的宇宙微波背景輻射可以追溯到這個時代。 [視頻:早期宇宙的霧這是給出的
但是,重組後很長一段時間,宇宙仍然很黑,只有在大爆炸後大約3億年開始閃耀3億年的時候,才真正照亮。他們幫助撤消了重組的大部分成就。這些早期的恆星 - 也許還有其他一些神秘來源 - 散發出足夠的輻射,將宇宙的大部分氫分為其組成質子和電子。
這個過程,被稱為電源,似乎已經在大約10億年前運行了課程。如今,宇宙並不像重組之前那樣不透明,因為它已經擴大了很多。科學家說,宇宙的物質非常稀釋,因此光子散射相互作用相對罕見。
隨著時間的流逝,恆星聚集在一起形成星系,導致宇宙中越來越大的結構。行星圍繞著一些新形成的星星結合,包括我們自己的陽光。和38億年前,生命紮根於地球。
在大爆炸之前?
雖然關於宇宙的第一瞬間仍然是投機性的,但關於什麼的問題大爆炸之前更神秘,難以解決。
對於初學者來說,問題本身可能是荒謬的。正如某些理論家所相信的那樣,如果宇宙一無所有,那麼當時間本身開始時,大爆炸就會標誌著瞬間。卡洛爾說,在這種情況下,不會有“以前”的東西。
但是,對宇宙誕生的一些概念可以提出可能的答案。例如,環狀模型表明,合同的宇宙在我們擴展的範圍之前。卡羅爾(Carroll)也可以想像大爆炸前存在的東西。
他說:“這可能只是我們大爆炸發生之前存在的空白,然後一些量子波動誕生了像我們這樣的宇宙。” “您可以想像,一個空間的泡沫通過波動而擠出,只有一點小動物的能量,然後可以通過通貨膨脹而形成的宇宙。” [畫廊:宇宙的歷史與結構這是給出的
Filippenko還懷疑沿著這些線路可能是真的。
Filippenko說:“我認為我們的宇宙時間始於大爆炸,但我認為我們是一個前任宇宙的波動。”
我們會知道嗎?
宇宙學家和物理學家正在努力地完善其理論,並將宇宙的最早時刻變成更加尖銳而尖銳的焦點。但是他們會真正知道大爆炸發生了什麼嗎?
這是一個艱鉅的挑戰,尤其是因為研究人員的工作距離為137億年。卡洛爾說,但不要算科學。畢竟,100年前,人們對宇宙幾乎一無所知。例如,我們不知道一般相對論或量子力學。我們不知道宇宙正在擴大,我們不知道大爆炸。
卡洛爾說:“我們現在知道了所有這些事情。” “進步的步伐實際上是驚人的,所以我永遠不會屈服於悲觀。在最近的宇宙學和物理學史上沒有理由對我們理解大爆炸的前景感到悲觀。”
阿爾布雷希特(Albrecht)表達了類似的樂觀情緒,說我們有一天甚至弄清楚大爆炸之前的存在(如果有的話)。
他告訴Space.com:“我希望宇宙學如此成功。” “似乎大自然向我們發了一個明確的信息,即我們確實可以與宇宙進行科學。”
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