大約138億年前,我們的宇宙從一次大爆炸中誕生。也許你覺得這種事太過于離奇,但它確實(shí)是事實(shí)。 (圖片說明:宇宙大爆炸假想圖)大爆炸的第1秒在大爆炸的一瞬間,宇宙達(dá)到了溫度的極限,也就是普朗克溫度——1.4億億億億攝氏度,而且體積非常小。在接下來的1秒鐘之內(nèi),宇宙經(jīng)歷了一段非常特殊的時(shí)期。1秒鐘對(duì)于我們來說幾乎是一眨眼的事,對(duì)于今天的宇宙來說更是連一瞬間都不如。但是對(duì)于剛剛經(jīng)歷了大爆炸的嬰兒宇宙來說,這段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的事遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了你的想象。首先在10^-33秒內(nèi),宇宙進(jìn)入了暴脹時(shí)期。在如此短的時(shí)間內(nèi),宇宙的體積膨脹了2^100倍!接下來,導(dǎo)致宇宙發(fā)生暴脹的因素衰變、消失,取而代之的是充斥在宇宙中的各種輻射。隨后,夸克出現(xiàn)了。今天我們無法觀測(cè)到單獨(dú)的夸克,因?yàn)樗鼈冎g的聯(lián)系太過于緊密。但是在剛剛經(jīng)歷了暴脹的宇宙中,這些夸克反而無法結(jié)合,只能和膠子彌漫在宇宙空間中,這就是我們所說的夸克湯。到了大爆炸后的10^-12秒,宇宙的溫度雖然還是非常高,但已經(jīng)不再足以將夸克分離了。于是,在膠子的作用下,夸克們相互結(jié)合,形成了重子,其中最常見的就是質(zhì)子和中子。接下來,中微子、電子等粒子也逐漸形成。質(zhì)子和中子形成了宇宙中最早的物質(zhì)元素,其中絕大部分是氫,還有少部分的氦以及極其微量的鋰。它們從等離子態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成了中性,后來結(jié)合在一起形成了恒星,最后形成了今天的宇宙。你可能不相信,但恒星形成之前我們描述的內(nèi)容,都是在大爆炸后僅僅1秒的時(shí)間里所發(fā)生的。大體上來說,科學(xué)家們對(duì)此已經(jīng)達(dá)成了共識(shí),不過其中仍然有很多細(xì)節(jié)是未知的,而且還有很多是超出了人類的認(rèn)知范圍的。為此,科學(xué)家們?nèi)匀辉谶M(jìn)行著不斷的嘗試,力求能夠找到這些謎題的答案。未知的謎題首先一個(gè)問題就非常令人困擾,那就是暗物質(zhì)。我們知道,這種神秘的物質(zhì)今天占據(jù)了大約85%的宇宙質(zhì)量,但卻不與可見物質(zhì)發(fā)生除引力之外的相互作用。因此,直到今天,科學(xué)家們對(duì)于暗物質(zhì)的了解仍然幾乎是0。剛才我們已經(jīng)介紹了科學(xué)家分析的可見物質(zhì)是如何在早期宇宙中誕生的,可是,對(duì)于暗物質(zhì)的形成,科學(xué)家們?nèi)匀环浅]有找到什么解釋的方法。它到底是一開始隨著可見物質(zhì)一同形成的、還是后來才逐漸出現(xiàn)的?在可見物質(zhì)形成的過程中,它是否參與了其中的某些進(jìn)程,還是與可見物質(zhì)井水不犯河水呢? 和暗物質(zhì)一樣,反物質(zhì)也是一種很神秘的物質(zhì),并且深深地困擾著科學(xué)家。不同的是,暗物質(zhì)的出現(xiàn)讓人困惑,而反物質(zhì)則是因?yàn)橄Ф屓税偎疾坏闷浣狻?/section>反物質(zhì)是電荷與普通物質(zhì)相反,但其他參數(shù)相同的物質(zhì)。反物質(zhì)和物質(zhì)通常都是成對(duì)出現(xiàn),并且在一起會(huì)發(fā)生湮滅,轉(zhuǎn)化為能量。按照這個(gè)理論,宇宙在大爆炸時(shí)就應(yīng)該產(chǎn)生等量的物質(zhì)和反物質(zhì),然后二者相互湮滅,最終完全消失。然而,正如我們今天所看到的那樣,宇宙已經(jīng)被物質(zhì)所統(tǒng)治了。那么,反物質(zhì)去哪了呢?我們知道一定有某種未知的機(jī)制導(dǎo)致了這個(gè)結(jié)果,但這種機(jī)制到底是什么呢?20世紀(jì)70年代,著名物理學(xué)家霍金首次提出了原初黑洞的概念。和普通的黑洞通過大質(zhì)量恒星死亡時(shí)核心的坍縮來形成不同,原初黑洞的形成源自于大爆炸早期宇宙物質(zhì)比較密集,所以可能直接坍縮而形成。由于原初黑洞是在宇宙的高壓力下形成的,因此質(zhì)量也不受到限制。典型的原初黑洞質(zhì)量可能達(dá)到10億噸,但是最小的黑洞甚至可能只有原子或中子那么大,極其微小,所以也可以稱為量子黑洞。原初黑洞普遍非常小,即使是10億噸的質(zhì)量,史瓦西半徑也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人類可觀測(cè)的范圍。而且,這么小的黑洞,連霍金自己的原理都不允許它們堅(jiān)持到今天。對(duì)于那些量子黑洞來說,早在很久以前就通過霍金輻射而徹底蒸發(fā)了。因此,宇宙大爆炸初期到底有沒有原初黑洞的形成,至今仍然是個(gè)謎。關(guān)于暴脹期本身,科學(xué)家們也一頭霧水。首先,到底是什么樣的機(jī)制導(dǎo)致了宇宙以如此驚人的速度迅速膨脹呢?其次,為何暴脹期僅僅持續(xù)了連一瞬間都不到的時(shí)間后就結(jié)束了呢?還有,到底是什么樣的機(jī)制結(jié)束了宇宙的這次瘋狂膨脹呢?同時(shí),關(guān)于暴脹期持續(xù)的時(shí)間,科學(xué)家們也還有所爭(zhēng)議。它真的只持續(xù)了這么短的時(shí)間嗎?或者可能持續(xù)了1秒的時(shí)間,所以才能夠讓我們意識(shí)到它的存在?科學(xué)家該怎么辦?雖然目前科學(xué)家已經(jīng)找到了越來越多證明宇宙大爆炸的證據(jù),并且已經(jīng)推測(cè)出了很多細(xì)節(jié),但上面這些謎題和很多我們沒有介紹的問題,依然是非常棘手的。對(duì)于科學(xué)家們來說,還有很長(zhǎng)的路要走。目前來說,科學(xué)家們也找到了一些方法來進(jìn)行嘗試——- 粒子對(duì)撞機(jī):雖然我們不可能回到宇宙的起點(diǎn)去看看當(dāng)時(shí)發(fā)生了什么,但是憑借著強(qiáng)大的粒子對(duì)撞機(jī),科學(xué)家們還是可以盡量模擬那種極端的環(huán)境,了解宇宙早期可能發(fā)生的事;
- 宇宙微波背景輻射:在大爆炸的38萬年后,宇宙中的等離子體逐漸過渡到了中性氣體狀態(tài)?;煦绲挠钪嬷?,光終于可以自由移動(dòng),這最初的輻射如今已經(jīng)成為了彌散在宇宙中的微波,科學(xué)家們可以通過它了解早期宇宙。而且,如果當(dāng)時(shí)真的形成了原初黑洞,科學(xué)家有望看到它們會(huì)宇宙微波背景輻射的影響;
- 引力波:宇宙早期也有大量的引力波出現(xiàn),并且殘留到了今天,這也是我們了解這段歷史的重要工具。隨著人類的引力波探測(cè)技術(shù)不斷提升,科學(xué)家們也將可以獲得更多關(guān)于宇宙大爆炸的信息,破解其中的謎題。
![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2021/04/2619/220883966_7_20210426073358819_wm) 我們距離宇宙的最深處秘密,已經(jīng)越來越近了。
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