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宇宙大爆炸留下3个遗迹,1个在我们脚下,另1个能用收音机听到

 华笺流香 2021-04-01

科学存在最大的意义、价值,就是能够提前告诉我们那些还没有发生的现象。

炮兵射击的时候,可以用弹道曲线预先算出炮弹的落点。

我国前一段时间向火星发射了1个探测器,虽然这个探测器还没有到达火星,但是它进入火星轨道的时间是可以被提前预知的。

             

进入20世纪以来,在相对论和量子力学两大支柱基础上建立起来的物理学,告诉了我们很多以前没有发现的现象。

而这些现象,全部都是先在纸面上推导出来的,然后再到实际的大自然中去寻找到。

广义相对论告诉我们,光线经过太阳引力场的时候会弯曲,此前人类从来不知道会发生这种事。

科学之所以能够做到这一点,是因为详细描述了物质的运动规律,通过对自然演变的模拟,我们可以清楚很多细节。

             

这就好像警察侦破案件一样,只有还原案件发生的现场,才能知道以后会发生什么。

广义相对论不仅可以模拟天体的演化规律,还可以推广到整个宇宙中,模拟宇宙的过去、现在和未来。

宇宙大爆炸,是广义相对论对于宇宙演化进行物理演算以后的推论。

这个推论被称为广义相对论的宇宙学解,是前苏联的物理学家、数学家~亚历山大·弗里德曼给出的。

顺着这个推论,可以在纸面上模拟宇宙大爆炸最初的那一段时间发生的“原初事件”。虽然“原初事件”我们看不到,此后又产生一系列的事件。

             

最终,这些事件会在我们的现实世界中出现,这就是宇宙大爆炸的遗迹。

为了寻找这些遗迹,必须从宇宙的最开始寻找线索。

根据弗里德曼的计算,宇宙不会静止,宇宙的形状取决于宇宙空间的弯曲情况。

我们知道,在平直空间,三角形的内角和是180度。也可以反过来说,如果我们测量到的一个三角形的内角和是180度,那么三角形所处的空间是平直空间,曲率为0。

             

如果三角形的内角和大于180度,说明空间有弯曲,而且曲率为正;如果三角形的内角和小于180度,空间也有弯曲,但是曲率为负。

曲率为0的时候,我们的宇宙没有开始也没有结束,这种情况下,宇宙没有起点,不存在大爆炸。

如果宇宙的曲率为负,宇宙是一个有起点的开放结构。

如果宇宙的曲率为正,宇宙是一个有起点的封闭结构。

根据科学家的观测,宇宙的曲率为正。所以宇宙应该是一个有起点的封闭结构。

把时间轴向前回溯138亿年,宇宙就会收缩成一个点,这一个点就是大爆炸的起点。

             

根据广义相对论,在大爆炸的事发现场,科学家们得到了以下的结论。

宇宙大爆炸开始后10^-43秒,宇宙的大小是10^-33厘米,温度是10^32K。此时,宇宙就是一个炽热的火球,只有能量没有物质。

宇宙在高速膨胀中不断冷却,随着温度的降低,各种基本粒子相继出现。此时宇宙中混杂着质子、反质子,电子和正电子。

物质和反物质的反应速率之间的一个微小差别,导致每出现1亿个反质子,就出现1亿零1个质子。

大爆炸后0.0001秒,温度为10^13k。质子、反质子湮灭,只留下了质子。

大爆炸后100秒,温度是10亿度,电子和正电子湮灭。而质子和中子结合形成氘,几乎所有的氘合起来生成氦。最终的结果,宇宙3/4的原子是氢,1/4的原子是氦。

             

这个时候,宇宙中的质子和中子的比例就固定了下来。

质子和中子的比例是宇宙大爆炸的第1个遗迹,这个遗迹已经被检测到了,和计算吻合。

宇宙大爆炸一个月后,辐射场转换为黑体光谱的过程比宇宙膨胀慢,因此宇宙微波背景(CMB)的光谱保留了这个时期的信息。

宇宙大爆炸后38万年,质子和电子结合形成中性氢,宇宙变得透明,温度3000K。

原始的氢元素开始聚集成了星云,并最终形成第1代恒星。2亿年后,宇宙中第1颗恒星点亮。

第1代恒星爆炸以后,各种重元素碳、氮、氧、硅、镁、铁等扩散到整个宇宙。

             

我们脚下的地球,就是恒星燃烧后剩下的灰烬形成的,这是宇宙大爆炸的第2个遗迹。

现在,距离宇宙大爆炸138亿年,宇宙的平均温度降到了2.725k。

虽然这个温度非常的寒冷,但是仍然在向周围辐射出长波的电磁波,这就是宇宙微波背景辐射。

             

在空旷和远离城市的边远地区,打开收音机,仍然能够听到白噪声的信号,这就是宇宙微波背景辐射的声音,是宇宙大爆炸的第3个遗迹。

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