現代的宇宙大爆炸理論認為,宇宙誕生於一個緻密的奇點,138億年前的某一刻,奇點突然爆炸,然後宇宙就由此產生了。
很多人都只知道宇宙中有最低溫度,那就是絕對零度,或者說是零下273.15攝氏度,但是其實宇宙中也有絕對最高溫度,這個溫度我們稱之為普朗克溫度,它是自然界中溫度的基礎上限,現代的科學家認為,宇宙中比普朗克溫度更高的溫度是不可能出現的,而且研究這個極限高溫則沒有任何意義,普朗克我們都知道,能量量子化理論的提出者,也是量力物理學的開門者,普朗克溫度以他命名。一個普朗克溫度也就是宇宙大爆炸的那一刻的宇宙溫度,普朗克溫度以Tp表示,一個普朗克溫度Tp=1.416833×10(85)^32K(括號中的85為不確定性指標)。推導如下:
需要搞清楚的是,普朗克溫度並不是科學家測出來的宇宙最高溫度,而是通過理論推導出來的,普朗克溫度也是理論上的宇宙最高溫度,至於公式如何推導出來的,這裡就不多說,下面來簡要講一講宇宙大爆炸的過程,以及各個時間節點中宇宙產生的變化。宇宙大爆炸理論假說最早於1927年由比利時天文學家勒梅特提出,到了1929年,美國天文學家艾德溫·哈勃通過觀測銀河系周圍的星系的時候發現了引力紅移現象,並提出了星系的紅移量跟星系的距離成正比的哈勃定律。
哈勃定律的提出進一步推導出了宇宙膨脹學說,其實在哈勃發現引力紅移現象之前,很多的科學家持靜態宇宙概念,比如說愛因斯坦就認為宇宙是穩定存在的,但是他用他的相對論卻推導出來了一個宇宙是動態變化的結果,為此愛因斯坦不得不在方程中引入一個宇宙常數的量來保證宇宙是恆定的,可是哈勃的發現終結了愛因斯坦的想法,為此,愛因斯坦曾在自己的晚年說到引入引力常數是自己這一生中做過的最錯誤的決定。
宇宙爆炸簡史
◆大概於138億年前的某一刻,宇宙的大爆炸開始了,奇點迅速擴張,宇宙的時間和空間開始形成,爆炸之後10^-43s(一個普朗克時間),宇宙的溫度為一個普朗克溫度,在這一階段,自然界的其中基本作用力都是一種,還未分離開來;
◆大爆炸之後10^-35s,引力已經分離出來,夸克、玻色子、輕子開始形成,宇宙的溫度降溫至10^27攝氏度;
◆大爆炸之後10^-12s,質子、中子及其反粒子開始形成,此時宇宙溫度為10^15攝氏度;
◆大爆炸之後1秒之後,宇宙已經降溫至100億攝氏度,不過原子核還沒有形成;
◆大爆炸之後10s,宇宙溫度為3億攝氏度,氫原子核和氦原子核開始形成,宇宙溫度為30億攝氏度;
◆……
◆大爆炸之後138億年,宇宙微波背景輻射溫度為3K,對於人類來說是極限低溫。
宇宙未來會怎麼樣
對於宇宙的未來,不同的人有不同的看法:
◆愛因斯坦認為宇宙是恆定不變的,他持穩態宇宙理論;
◆以科幻作家阿西莫夫為代表的人認為,宇宙會因為無限膨脹而慢慢冷卻,最終冷寂下來;
◆一些宇宙學家認為,宇宙現在還膨脹,但是總有一天會停下來,然後再接著縮回去,最終回到原來的奇點,最終又引發一次宇宙大爆炸;
……
不過一些理論認為,宇宙的未來如何,取決於宇宙的密度參數Ω,如果Ω>1,則是封閉宇宙(宇宙膨脹減速然後收縮);Ω=1,恆定宇宙,也就是宇宙膨脹到了一定程度之後就停下來了(不過這種可能性很小);Ω<1,開放宇宙,那麼宇宙一直膨脹下去,這就是很有意思的一種可能性了。
為何宇宙爆炸之初溫度這麼高?
其實宇宙大爆炸理論目前為止也只是一個推測罷了,奇點也只是人類為了描述宇宙創生而建立的一個模型,宇宙究竟是不是這樣誕生的,目前還是個未知數,至於說奇點是怎麼來的,奇點爆炸之前宇宙是什麼樣子的這樣的問題,實在是無法解答,因為在宇宙誕生之前,什麼也不存在,時間空間都不存在,去討論奇點如何誕生也是沒有意義的。至於說宇宙爆炸的瞬間溫度,那也是理論公式推導出來的,問它為什麼這麼高我也說不清楚。不過前幾年倒是有科學家做過粒子對撞實驗,他們通過這個實驗成功製造出了4萬億攝氏度的超高溫度,不過存在時間很短罷了,這也是對模擬宇宙大爆炸的一種模擬。