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宇宙大爆炸後的10億年,到底經歷了什麼?

作者:由 沐沐愛科普 發表于 繪畫日期:2022-04-19

地球的早期生物是什麼

宇宙源於大爆炸,但很多人不清楚大爆炸之後宇宙發生了什麼

,這就是今天要講的主要內容,主要圍繞著宇宙產生之初的10億年發生的所有事情。

宇宙源於奇點

宇宙誕生於大爆炸,儘管沒有目擊者,但各種證據表明這是目前最合理的解釋。

整個宇宙是從一個密度無限大、能量無限高、體積無限小的點炸出來的,這個點被稱為奇點。

很有意思的是,現有的一切物理定律在奇點處均失效,時空在這裡終結或著說創生。

宇宙大爆炸後的10億年,到底經歷了什麼?

即便在奇點之前還發生過什麼,都不會對奇點之後的事情產生任何影響。從奇點爆炸的那一刻開始,時間、空間以及整個宇宙才開始工作。

當宇宙大爆炸之後

從宇宙爆炸到最初的10^-37秒,被稱為宇宙的量子引力紀元。此時宇宙中沒有任何物質,只有能量,只有力(引力、電磁力、核子的強力與弱力合為一體)。

在10^-37秒和10^-34秒之間,能量從這個不穩定的悶鍋中不斷地沸溢位來,使宇宙經歷了一次“暴脹”,也就是宇宙大爆炸理論中提出的以兩倍的速度膨脹。

伴隨體積的膨脹、溫度的降低,最小的物質單位——夸克從能量中析出,洶湧的夸克流從曠世的能量中澎湃而出,瞬間使整個宇宙成為一盆電子夸克湯。

宇宙大爆炸後的10億年,到底經歷了什麼?

在宇宙爆炸後的10^-6秒後,夸克們互相尋找著,並結合成質子和中子。

大約在大爆炸發生三分半鐘之後,伴隨著質子和中子的結合,最初的輕量級原子核出現了,在數千萬攝氏度的溫度下,4個氫核聚變為一個氦核。但膨脹導致的溫度下降是如此迅速,以致並沒有聚變出很多氦。

但此時宇宙的溫度仍然極高,電子以高能劇烈運動,原子核還無法俘獲這些瘋狂的電子。

在此後漫長的三十萬年的冷卻和膨脹之中,電子能量不斷降低,運動減慢,原子核才開始一一捕獲宇宙中這些遊蕩的電子,最初的原子出現了。

但這時只有氫、氦這些構造簡單的輕量級原子。

這時候為什麼沒有其他更復雜的原子呢?

這個問題,就像是問“為什麼早期地球上只有單細胞生物?”,你能夠想象到地球上出現的第一個生命是一隻會吐泡泡的海豚嗎?

創造是最艱苦的工作,宇宙也不例外,任何創造必須遵循從簡單到複雜的循序漸進的過程。

漩渦狀星系的產生

整個宇宙的氫氣和氦氣一直在膨脹。但在一些稍密集的區域中,在微小但無法阻止的引力的作用下,膨脹會逐漸慢下來,最終會停止。

它們開始緩慢地互相靠攏、聚集,一片片直徑以光年計的雲朵在雲氣中漸漸顯出身形。與此同時,在稠密的雲朵之外的雲氣的引力與拉力的作用下,這些雲朵開始緩慢地地旋轉起來。隨著時間的推移,雲朵在進一步塌縮,轉速也開始緩慢地加快。

當這些雲朵收縮得足夠小時,自轉產生的離心力平衡了引力,塌縮停止了,旋渦狀星系由此誕生。

宇宙大爆炸後的10億年,到底經歷了什麼?

當然,並不是所有的雲朵最終都能形成旋渦狀星系,這取決於是否產生了恰到好處的旋轉。沒能轉起來的雲朵最終會形成一些諸如橢球狀的星系。

這些星系之所以沒有塌縮成一個蛋蛋,是因為星系中存在著圍繞星系中心的區域性的旋轉,但整個星系並沒有轉起來。

星系內部的變化

在星系宏觀逐漸成形的同時,內部也在發生著類似的事情。

在引力作用下,星系中的一些區域偶爾會聚集起更多的氣體,而這種聚集又產生更大的引力吸引更多的氣體,一個越來越大的氣體球開始漸漸成形。

宇宙大爆炸後的10億年,到底經歷了什麼?

與此同時,一億個類似的氣體球也幾乎同步在星系中緩慢地凝聚。僅僅為了把分散的氣體凝聚成這樣一個個的氣體球就花去了幾千萬甚至上億年的時間。

在引力的作用下,氣體球外圍的物質不斷向氣體球中心墜落,氣體球中心處的密度越來越大,且增大的速度越來越快,處於中心處的氣體分子所輻射出的熱由於受到阻擋而無法再釋放到周圍,從而導致中心區域開始升溫。

恆星被點亮

在隨後的幾十萬年裡,中心區域的溫度逐漸提升到2000℃,氫氣也開始重新分解成氫原子。

隨著溫度進一步提高,氫原子中的電子離開原子核獨自上路,這時的氣體球中心區域變成了一個巨大的等離子體,發出大量的光和熱。

這時的中心區外面還有氣體構成的厚厚的外殼,外面依然漆黑一片。隨著越來越多的外層物質墜落到中心區,與中心區聯成一體,光亮才漸漸從逐漸變薄的外殼裡透射出來,氣體球開始發出暗淡的光輝。

宇宙大爆炸後的10億年,到底經歷了什麼?

當中心溫度升至1000萬℃時,核聚變回來了,氫聚變成氦,氣體球的光芒驟然猛增,一顆恆星被點亮了。

也在差不多的時間裡,其餘一億顆恆星也同時點亮了,整個星系被點亮了,整個宇宙都被點亮了。

從這一刻開始,宇宙燈火通明,而且再也沒有熄滅過。

令人遺憾的是,我們的太陽並不是照亮宇宙的第一批恆星。

至於為什麼呢?

咱們下次揭曉。

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