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哲学三问之一──我们从哪里来

 一起成长一起学 2019-07-28

如果广义相对论是正确的,那么宇宙就是由具有无限温度和密度的大爆炸奇点启始。

图片发自简书App

大约在大爆炸后的10的负43秒,在物质和反物质的天平上,略往物质方倾斜。

10的负41秒以后,温度为1000亿度,宇宙大多数成分为光子、电子、中微子(极轻的粒子),和它们的反粒子。

10的负35秒以后,夸克和反夸克主导的弱电时代。

10的负10秒以后,强子和轻子时期。夸克和反夸克被禁闭,形成质子、中子、介子和重子。

1秒以后,质子和中子结合成氢、氦、锂核。

3分以后,物质和辐射相耦合,第一个稳定的原子形成。

早期宇宙由充满着高温、以电子、质子、重子与光子相互作用的等离子体所组成。

当宇宙膨胀,绝热冷却导致等离子体的能量密度降低,直到环境变得有利于电子与质子结合,形成氢原子。

复合发生时,温度约为3000 K,当时的宇宙约37.9万岁。在这一点上,光子不再与已是电中性的原子相互作用,并开始自由的在空间中旅行,导致物质与辐射退耦合。

300000年以后,物质和能量退耦合,光密的宇宙变成对宇宙背景辐射透明。

“宇宙微波背景是我们宇宙中最古老的光,当宇宙刚刚380,000岁时刻,在天空上。它显示出微小的温度涨落,对应着局部密度的细微差异,代表着所有未来的结构,是当今的恒星与星系的种子”。

1948年。科学家乔治·伽莫夫在一篇和拉夫·阿尔法合作的论文中首先提出宇宙紧致的热的早期的这一图像,他们在该论文中作出惊人预言,从这一非常热的早期阶段的辐射迄今还应该留在周围。

1964年美国射电天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊偶然发现宇宙微波背景,证明了伽莫夫的预言,并于1978年获得诺贝尔奖。

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宇宙微波背景很好地解释了宇宙早期发展所遗留下来的辐射,它的发现被认为是一个检测大爆炸宇宙模型的里程碑。宇宙在年轻时期,恒星和行星尚未形成之前,含有致密,高温,充满着白热化的氢气云雾等离子体。等离子体与辐射充满着整个宇宙,随着宇宙的膨胀而逐渐冷却。当宇宙冷却到某个温度时,质子和电子结合形成中性原子。这些原子不再吸收热辐射,因此宇宙逐渐明朗,不再是不透明的云雾。

宇宙学家提出中性原子在“再复合”时期形成,紧接在“光子脱耦”之后,即光子开始自由穿越整个空间,而非在电子与质子所组成的等离子体中紧密的碰撞。

光子在脱耦之后开始传播,但由于空间膨胀,导致波长随着时间的推移而增加(根据普朗克定律,波长与能量成反比),光线越来越微弱,能量也较低。这就是别称“遗留辐射”的来源。“最后散射面”是指我们由光子脱耦时的放射源接收到光子的来源点在空间中的集合。

1000百万年以后,物质团形成类星体、恒星和元星系。

……

直到十亿年后,才在恒星的中心燃烧氦而形成碳和氧等更重的元素。

15000百万年以后,新星系形成,在恒星周围凝结太阳系,原子连接形成复杂的生命形式的分子。

我们人类的生命开启了

……

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