宇宙的終極命運到底是什麼？從理論到背景，天文學家帶你探秘

2023-03-31 18:37:36

宇宙的最終命運是什麼？從理論到背景，天文學家帶你探索

天文學在線

簡介:大爆炸理論及其支持證據，微波背景，爆炸過程的階段和宇宙的最終命運

宇宙的爆炸叫做大爆炸。在這篇文章中，我們將討論什麼是大爆炸理論，我們對該理論的支持證據，以及宇宙將會有什麼樣的未來。幾個世紀以來，人類一直凝視著星星，想知道宇宙是如何發展到今天的。這是關於宗教、哲學和科學的討論和辯論的主題。一些著名的科學家，如阿爾伯特·愛因斯坦、埃德溫·哈博和史蒂芬·霍金，已經盡了最大努力來揭開宇宙發展的奧秘。宇宙發展最著名和最廣為接受的模型之一是大爆炸宇宙學。

大爆炸宇宙學關注早期的一個瞬間。宇宙中所有獨立的力都是統一力的一部分。你越往後看，越有科學理論崩潰。最後，你不能發表任何關於正在發生的事情的科學理論，因為科學本身是不適用的。

來源:lonelwolfonline

今天，當我們看夜空時，我們看到星系被一個似乎是巨大的空白空間隔開在大爆炸的最初時刻，我們能觀察到的所有物質、能量和空間都被壓縮到一個零體積無線密度的區域。宇宙學家稱之為奇點

在最初的時刻，宇宙中有太多的能量形成物質。但是宇宙正在迅速膨脹，這意味著它將變得不那麼稠密和平靜。隨著膨脹，物質開始形成，輻射開始失去能量不久，宇宙從空間的一個奇異點誕生了。來源:智慧

大爆炸的結果之一是宇宙中四種基本力的形成。

這些力是

1、電磁

2、強核力

3、弱核力

4和重力

。在大爆炸開始時，這些力量都是統一力量的一部分。大爆炸開始後不久，這些力量就分散成現在的樣子。

雖然宇宙很複雜，但所有物質都是由有限數量的粒子組成的，這些粒子的相互作用可以簡化為不超過四種不同的相互作用。

許多物理學家和宇宙學家一直致力於形成大統一理論，這將解釋這四種力是如何統一的以及它們是如何相互聯繫的。

大爆炸理論的證據得到了三條證據的有力支持從高速運轉的星繫到古老的氣體雲，有大量的證據表明我們今天可以探測到大爆炸的殘餘。它講述了一個關於我們宇宙起源的清晰故事。

1是宇宙正在膨脹——星系正在分離，所以在過去，一切都很接近，而且一定是在一個點上。

秒是宇宙微波背景輻射的發現，即年輕熾熱宇宙的餘輝

3是恆星和氣團中輕元素氘、氦和鋰的豐度。如果它們是由大爆炸火球中的核過程形成的，它們的豐度是可以預料的。

證據表明，大爆炸發生在13.77億年前宇宙在短時間內迅速膨脹。這個時期被稱為宇宙的膨脹期，並持續快速膨脹和冷卻。質子(氫核)和中子出現在第一秒鐘，並在三分鐘內合成輕元素核。一億年後，第一批恆星開始在氫雲中生長。

宇宙微波背景

在380，000年後，宇宙的溫度將約為2，727攝氏度這足以將質子和電子結合成氫原子，氫原子宇宙已經從等離子體(一碗帶電粒子湯)變成中性，並允許光子在宇宙中自由移動。今天我們看到這些照片是因為宇宙是在遠低於-270℃的溫度下形成的這些餘輝似乎是來自天空的微弱微波信號，這是在1965年首次被發現的。1990年，美國國家航空航天局的太空背景探測器項目測量了它的精確溫度，從那以後，太空人們仔細繪製了宇宙微波背景輻射圖。這些地圖揭示了一些熱點和冷點，顯示了年輕宇宙中星繫結構增長的高密度和低密度區域。這份新地圖是由能源審計項目普朗克衛星公司製作的。資料來源:大爆炸的第256階段。奇點

使用廣義相對論來推斷宇宙在時間上的向後膨脹，在過去有限的時間內產生無限的密度和溫度。這個奇點表明廣義相對論不能完全描述這個領域的物理定律。僅僅基於廣義相對論的模型不能在普朗克時代結束後推斷出奇點

普朗克時間是光子以光速移動到等於普朗克長度的距離的時間這就是「時間的量子」。時間的最小度量有任何意義，等於10-43秒。時間的劃分毫無意義。在我們今天所理解的物理定律的框架下，我們只能說宇宙是在10-43秒時出現的。

2。

爆炸的最早階段受到了許多猜測的影響。在最常見的模式中，宇宙充滿了均勻和各向同性的高能量密度，巨大的溫度和壓力，以及快速膨脹和冷卻。它膨脹了大約10-37秒。相變導致了宇宙的膨脹。宇宙呈指數增長。在這個過程中，不確定性原理導致的時間密度波動被放大成種子，後來形成了大規模的宇宙結構。在

膨脹之後，再加熱將會發生，直到宇宙達到滿足夸克膠子等離子體和其他基本粒子需要的溫度。溫度如此之高，以至於隨機粒子處於相對論速度，所有種類的粒子——反粒子——都將在碰撞中繼續被創造和摧毀。

3。重子產生

。宇宙的密度持續下降，溫度持續下降，所以每個粒子的獨特能量都在減少。對稱性破壞階段的轉變已經把物理學的基本力量和基本粒子的參數轉變成它們現在的形式。大約10-11秒後，由於粒子能量下降到可以通過粒子加速器獲得的值，因此出現這種情況的風險降低了。

大約是10-6秒，夸克和膠子結合形成重子，如質子和中子夸克對反夸克的少量過剩導致重子對反夸克的少量過剩這導致了目前宇宙中物質對反物質的支配地位。

的溫度不再高到足以產生新的質子-反質子對(類似於中子-反質子)，因此大規模的湮滅立即發生。最初的1010個質子和中子只剩下一個了，它們沒有反粒子。

4。冷卻

膨脹幾分鐘，當溫度約為10億(1000萬)開爾文，密度約為大氣密度時，質子和中子在宇宙中結合形成氘和氦原子核的過程稱為大爆炸核合成。大多數質子不會結合形成氫核。

當宇宙冷卻下來時，物質的剩餘質量能量密度支配著引力中光子輻射的質量能量密度。大約379，000年後，電子和原子核結合成原子(主要是氫)；因此，輻射與物質分離，並在很大程度上不受阻礙地繼續通過空間。這種殘餘輻射被稱為宇宙微波背景輻射在138億年前的大爆炸後不久，生命的化學反應可能開始於這個宜居時代，那時宇宙只有1000萬到1700萬年的歷史。

5。結構形成

經過長時間，物質均勻分布在附近稍密的區域。重力吸引了附近的物質，它們變得更加稠密，形成了氣體雲、恆星、星系和其他今天可以觀察到的宇宙結構這個過程的細節取決於宇宙物質的數量和類型。四種可能的物質類型被稱為冷暗物質、暖暗物質、熱暗物質和重子威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)提供的

的最佳測量值表明，該數據與假設為冷暗物質的λ冷暗物質模型(早期再電離排除了熱暗物質)符合得很好，據估計，宇宙物質/能量的23%和重子物質的4.6%被考慮在內。

來源:新浪。

宇宙加速

來自Ia超新星和宇宙微波背景輻射的幾個獨立證據表明，宇宙現在被一種稱為暗能量的神秘能量形式所支配，這種形式顯然滲透到整個宇宙觀察表明，今天宇宙總能量密度的73%以這種形式存在。當宇宙還很年輕的時候，它可能會被注入暗能量，但是隨著空間越來越小，一切都變得越來越近，重力佔據了主導地位，它慢慢地打破了膨脹。但是最終，在數十億年的膨脹之後，由於足夠的暗能量的增長，宇宙的膨脹開始慢慢加速。來源:

: m拜克。so

暗能量的最簡單形式是愛因斯坦廣義相對論場方程中的宇宙常數項，但它的組成和機制尚不清楚。更一般地說，它的狀態方程的細節和它與粒子物理標準模型的關係需要進一步研究，無論是在觀察方面還是在理論方面。

宇宙的最終命運

宇宙學家在觀察暗能量之前，提出了兩個關於宇宙未來的想法如果質量密度大於臨界密度，宇宙將達到最大尺寸，然後開始崩潰。它將再次變得稠密和熾熱，並以類似於它開始時的狀態結束——一聲巨響

或如果宇宙的密度等於或低於臨界密度，膨脹將會減慢，但永遠不會停止。恆星的形成將隨著每個星系中星際氣體的消耗而停止。恆星會燃盡，留下白矮星、中子星和黑洞。非常緩慢地，這些碰撞將導致質量累積成越來越大的黑洞。宇宙的平均溫度將逐漸接近絕對零度——一個大的凍結。來源:sohu

如果質子不穩定，重子將消失，只留下輻射和黑洞。最終，黑洞將通過發射霍克輻射而蒸發宇宙的熵將上升到一個點，在這個點上，有組織的能量將不再能從中提取。這種假設被稱為熱寂。對加速膨脹的現代觀察顯示，越來越多目前可見的宇宙將超越我們的視野，與我們失去聯繫。最終結果未知。

參考文獻

1。維基百科全書

2。天文術語

翻譯:給安

作者:蒂姆·特羅特

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