人類的一切的輝煌都來自一次「大爆炸」—Big bang

2020-09-25 牛一

1998年,天文學家通過哈勃太空望遠鏡上的近紅外安全攝像機和多目標光譜儀(NICMOS)觀測到了120億光年之外的星系。

大爆炸之前

宇宙在大爆炸之前,是在沒有空間和時間的真空狀態下,物理定律似乎並不合適。然而,物質既不能被創造也不能被毀滅的定律在這裡暗示了另一種狀態,即一種不受時空約束的純能量狀態。而宇宙大爆炸開始時的波動將會在這個能量場中發生。這一事件可能像大壩決堤,或輪胎爆胎,或炸彈爆炸後劇烈爆炸。由此產生的時空小氣泡為前時空狀態中潛藏的巨大能量提供了一個出口。當然,這並沒有說明最初的純能量狀態是如何、在哪裡或為什麼產生的。我們可能永遠不會知道,但我們總是可以推測。

最初

在真空狀態下,由於量子的不確定性,在真空中產生了波動。這就產生了一個無窮小的時空,它在千萬億分之一秒的時間裡膨脹了10到50次。在它恢復到零之前,一種負壓導致了一種比光速還快的失控膨脹。

大爆炸

時間、空間、物質和能量產生了。物質和能量開始定義空間和時間。2002年,科學家們說實驗證實宇宙只有5%是由普通物質組成的。據說65%是「暗能量」,30%是「暗物質」。2006年,NASA發布了支持大爆炸理論的數據,該理論認為宇宙在不到一萬億到萬億分之一秒的時間內從大理石大小上升到無窮大。

爆炸後10-43 秒:理論學家認為在引力分離出來之前的這一刻,強核力和弱核力,以及電磁力是統一的。普朗克時代。在比這更短的時間尺度上,引力的影響必須包括在所有物理過程中。在這段時間裡,光可以傳播3x10 -32釐米,小於質子的千萬億分之一距離。

爆炸後10-43秒- 10-35秒:我們把這個周期叫做大爆炸後的10-43秒到10-35秒的時期,或者大統一理論時期。這是一個高溫的時代,碰撞產生的能量從開始的1019 GeV到最後的1015 GeV不等。在腸道時代,只有兩種粒子:費米子(輕子和夸克,現在被認為是相同的)和玻色子(x粒子、膠子、矢量介子和光子)。2006年費米實驗室的實驗發現,一種b -介子(Bs)在物質和反物質之間切換的頻率大約為每秒3萬億次。

爆炸後10-36秒:強力分離,雖然原子還不存在,但將它們的原子核結合在一起的力變成了一個獨立的實體。2005年,據報導,來自布魯克海文國家實驗室的科學證據表明,一個夸克膠子等離子體的產生,這是一種物質形式,在大爆炸後不久就存在了。

爆炸後10-36秒- 10-32秒:膨脹,由於強引力的分離,宇宙在這一瞬間膨脹得比大約150億年前還要大。膨脹理論是由麻省理工學院的艾倫·古斯(Alan Guth)構想出來的,用來解釋宇宙非同尋常的均勻性。

爆炸後10-35秒:強力凍結,這開啟了電弱時代。粒子之間的相互作用由三種(而不是四種)基本力控制:強相互作用、電弱相互作用和引力相互作用。人們懷疑宇宙大約在這個時候膨脹得非常快。宇宙的曲率從10-23釐米(大約比單個質子小100億倍)增加到10釐米左右,相當於一個葡萄柚的大小。

爆炸後10-32秒—10-5秒:夸克和反夸克,當膨脹結束時,仍在膨脹的宇宙現在充滿了夸克和反夸克,它們在接觸時互相湮滅。但是過剩的夸克(十億對中有一對夸克)仍然存在。這些多餘的夸克最終會結合形成物質。

爆炸後10-32秒到史前3000年:能量統治,在此期間,由於溫度較高,輻射能產生了宇宙中的大部分引力。

爆炸後10-12秒:最後兩種力分離。電磁是由光子攜帶的,光子是電磁能量的基本單位。弱力控制著某些形式的放射性衰變。

爆炸後10-10秒:弱電磁力凍結,這是夸克時代的開始。宇宙會冷卻到大約1千萬億度。在這個溫度以上,在粒子間的碰撞中有足夠的能量(100 GeV)來創造矢量玻色子;低於這個溫度,就沒有足夠的能量來這樣做。

爆炸後10-6秒:強子期是早期宇宙演化過程中由強子主導宇宙質量的時期。它開始於大爆炸後大約10-6秒,當時宇宙的溫度下降到足以讓之前的夸克紀元的夸克結合在一起形成強子。反強子的消失在大爆炸一秒鐘後完成,隨後的輕子時代開始了。

爆炸後10 -5秒:夸克約束。當宇宙冷卻到1萬億攝氏度時,三夸克就形成了質子和中子。

爆炸後10-3秒:夸克凍結成粒子。根據標準理論,宇宙中所有的物質都是由兩種亞原子粒子的不同組合而成的。費米子,如電子和夸克,是物質的磚塊或基本組成部分。另一種叫做玻色子的粒子是灰漿。玻色子是載體或力,如電磁力和重力,將我們的宇宙磚塊連接在一起。彼得•希格斯(Peter Higgs)在1970年左右假設,通常不可見的希格斯玻色子創建了一個場,可以讓夸克和電子等亞原子粒子通過。2001年的實驗發現,介子在磁場中的自旋改變與標準模型預測的不同。當溫度降到1萬億度左右時,希格斯場開始翻轉,一些粒子開始與希格斯玻色子相互作用。

爆炸後3分鐘:溫度是如此之高,等離子體中的碰撞如此猛烈,以致於沒有原子核能夠凝聚。3分鐘時的溫度大約是10億度,比太陽中心的溫度略高100倍。

爆炸後3分鐘到50萬年之間,宇宙由一個膨脹的沒有原子的等離子體組成。等離子體中的原子核是質子、氘、氦3和氦4。其他核都是星系形成後在恆星中合成的。

爆炸後3分鐘到3.5秒:氦在大爆炸後形成。

爆炸後3000年:統治問題,隨著冷卻物質到來成為重力的主要來源。

爆炸後1萬年:原子在大爆炸後形成。

爆炸後30萬年:宇宙是由巨大的輻射波和在真空中伸展的氫的團塊結構組成的。這一觀點得到了1998-1999年「回飛棒」望遠鏡收集的數據的支持,這些數據也支持了平坦宇宙永遠膨脹的觀點。直到宇宙如此古老,光才脫離物質,開始在我們膨脹的空間中自由穿梭。氫氣凝結成收縮的雲,成為恆星的種子。這些光子後來被稱為宇宙微波背景輻射(CMB)。

爆炸後40萬年:宇宙冷卻到一定程度,帶電的電子和質子結合形成氫原子,使光子從大爆炸的熱氣中逃逸出來。

爆炸後50萬年:宇宙突然經歷了一場變化,其效果是降低了輻射與物質碰撞的概率。

在宇宙大爆炸後不到100萬年:熱等離子體被「凍結」,變成了原子的集合,從而形成了宇宙目前的階段。在重力的影響下,膨脹的物質開始聚集成團。這些聚合最終會形成星系。

爆炸後10億年—15億年:由引力坍縮形成的第一個類星體。它們釋放的強烈輻射使周圍的宇宙重新電離。從這一點開始,宇宙的大部分都是由等離子體組成的。

爆炸後2億年:星系形成。物質繼續在集中區域聚集,並在萬有引力的作用下凝結。

爆炸後3億年:據估計,宇宙冷卻和第一批恆星由氫和氦形成花了3億年時間。

爆炸後5億年:2001年,來自哈勃太空望遠鏡的5億多PBB證據表明,恆星形成的高峰出現在大爆炸後5億年左右,此後一直在下降。

爆炸後7.5億年:2004年,一組天體物理學家說他們發現了一個極小的星系,這是距離地球最遠的天體,它形成於宇宙只有7.5億年的時候。

爆炸後8億年:2015年,天文學家表示,他們發現了一個大約可以追溯到這個時期的星系,並將其命名為CR7 (Cosmos Redshift 7的縮寫),以確定遙遠天體的年代。

爆炸後10億年:2000年,斯隆數字巡天項目發現了宇宙大爆炸後不到10億年形成的類星體。類星體一詞是由出生於中國的美國天體物理學家趙宏儀在1964年在《今日物理》中創造的,用來描述這些令人費解的物體。

爆炸後1014年-1060億年: 含星或充滿星的時代。1997年4月20日,《天體物理學雜誌》的一篇文章確認了宇宙中一些失蹤的物質(暗物質),它們是在星系間擴散的電離氫和氦氣。在宇宙形成的早期,原子就失去了電子。後來有報導說,宇宙只有5%是由普通物質構成的。暗物質佔25%,暗能量佔70%。

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