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宇宙历:从奇点大爆炸到时空的终点!

 安喜的空间 2021-05-03
奇点爆炸(宇宙起点)
天文学家根据哈勃定律和现代天文探测数据推测宇宙诞生于138亿年前的奇点爆炸。
奇点爆炸是时间和空间的双重起点。
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在奇点爆炸,宇宙诞生的第一秒,温度从一千万亿度下降至一百亿度,原初等离子体形成宇宙中储备的全部质子和中子。
宇宙诞生三分钟,氢元素在核合成过程中形成氦和其他轻元素。
时至今日,核合成过程依然发生在恒星内部。
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辐射时代(宇宙历1万年-宇宙历40万年)
在辐射时代,宇宙高度电离的原子和亚原子粒子在相互作用中发生碰撞、衰变与重组,产生高温、高压以及照亮宇宙的原初光芒,宇宙处于炙热、高压、充满辐射的状态。
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这一时期,宇宙持续冷却,空间膨胀和高能粒子衰变将宇宙冷却至12000K,宇宙加热和电离辐射总能量低于物质质量所代表的能量。
此外,辐射时代的宇宙依旧是一团不透明、致密和高能的混沌,混沌内部是碰撞电离的质子与电子。
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再复合时代和黑暗时代(宇宙历40万年-宇宙历3亿年)
再复合时代,宇宙温度从12000K下降至几千K,氢原子通过自由捕获电子形成宇宙中最早的多原子氢分子,即氢气。
在再复合时代,宇宙剩余辐射,即大部分高能光子和亚原子粒子从物质中分离,在宇宙中畅通无阻地旅行。
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再复合时代结束后,宇宙开始不断变冷,变暗,这一时期被天文学家命名为黑暗时代。
在黑暗时代,宇宙早期释放的辐射能力残存的3k余辉形成天文学中所说的宇宙微波背景。
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宇宙微波背景可被现代天文仪器观测,科学家通过对宇宙微波背景观察了解宇宙诞生之初的状况。
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光明纪元(宇宙历3亿年-宇宙历100万亿年)
宇宙历3亿年,氢分子和其他分子在引力作用下形成气体团,气体团扮演种子角色,吸收更多气体,在体积增长过程中形成巨型氢分子云。
巨型氢分子云形成后在压力作用下,内部开始加热,最终在引力和压力共同作用下以巨型氢分子云为中心发生旋转运动。
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宇宙历3-4亿年间的某一个瞬间,巨大、缓慢旋转的气体云中心温度增长到几百万度,达到奇点爆炸最初三分钟水平,形成足够点燃气体云内氢元素,使氢变成氦的高温高压环境,诞生第一代恒星(星族三恒星),宣告黑暗时代终结,光明纪元降临。
第一代恒星体积庞大,质量可能是太阳的100-1000倍,可以对周围空间产生巨大影响。
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此外,第一代恒星会向外辐射巨大能量,照射到周围的氢分子云团上,使分子云加热,且第一代恒星会释放在黑暗时代捕获的电子,让宇宙重新焕发光彩,故天文学家称之为再电离时代,为光明纪元起点。
宇宙历100万亿年,宇宙中所有可观测物质都将成为白矮星、红矮星、中子星和黑洞等致密天体。
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这一时期,宇宙缓慢黯淡,白矮星逐渐变成黑矮星,最终成为绝对零度的恒星遗迹。
在某些理论中,暗物质或原子核的弱相互作用将会让曾经闪耀的恒星的光芒延续10^15-10^25年以上。
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简并时代亦和退化纪元(约宇宙历10^17-10^37年)
光明纪元结束后,宇宙再次陷入黑暗,新恒星不再形成,宇宙唯一光源和热源只有致密的恒星遗迹:白矮星、红矮星、中子星和黑洞。
宇宙历10^15-10^25年,白矮星和其他天体将冷却到绝对零度。
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此时,类似白矮星、黑矮星的天体产生交会。
宇宙可能发生偶发性行为,即中子星和黑洞等大质量天体发生碰撞和合并获得足够质量重新点燃核聚变反应,点亮孤独星空。
简并时代终点,即10^37年,宇宙中所有天体都会汇聚为致密的高质量天体:白矮星、黑矮星、中子星和黑洞。
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此时,电子将会离开原子,即物理学中所说的原子被简并。
这一时期,宇宙物质以暗物质和暗能量为主,一些宇宙学家认为,这一时期,原子将继续发生衰变,白矮星将吸收暗物质并继续发光更长时间,最终与其他致密天体合并为黑洞。
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黑洞时代(10^37-10^100年)
简并时代终点,高密度天体(白矮星、黑矮星中子星)融合为黑洞。
根据霍金提出的霍金辐射理论,快速自转的黑洞将产生和发射粒子,即黑洞质量会因为粒子逃逸发生质量衰减,这一过程被称为黑洞蒸发,霍金预测这一过程将以伽马射线爆形式爆发。
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黑洞时代终点,即10^100年后,黑洞将会消失,宇宙将会充满质子、电子、正电子和中微子等微观粒子。
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宇宙终点:10^100年
宇宙起源于138亿年前的奇点爆炸,在宇宙膨胀过程中,会发生恒星远离、黑洞蒸发等事件,最终使宇宙陷入黑暗、宁静、寒冷状态,即天文学家所说的宇宙热寂,这一结局可能发生在10^100年。
一些天文学家觉得,暗能量支持宇宙加速膨胀,当暗能量不足以支撑宇宙持续膨胀,引力将会导致天体靠近,即扭转宇宙膨胀过程,天体将会最终合并,成为一个新的类似奇点的黑洞奇点。
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当黑洞奇点产生,奇点可能在发生新一轮爆炸,但也可能在暗物质的作用下产生一次大反弹。
没有人知道,宇宙会有无尽的轮回,还是一次又一次的反复!
资料来源:《天文之书》

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