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宇宙形成的過程

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宇宙形成的過程

  現(xiàn)代天文學(xué)認(rèn)為,宇宙是所有時(shí)間空間物質(zhì)的總和,是我們這個(gè)物質(zhì)世界的整體,是物理學(xué)和天文學(xué)的最大研究對(duì)象。那么你對(duì)宇宙的形成了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于宇宙是如何形成的的內(nèi)容,希望大家喜歡!

  宇宙的形成

  爆炸之初,物質(zhì)只能以中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等基本粒子形態(tài)存在。宇宙爆炸之后的不斷膨脹,導(dǎo)致溫度和密度很快下降。隨著溫度降低、冷卻,逐步形成原子、原子核、分子,并復(fù)合成為通常的氣體。氣體逐漸凝聚成星云,星云進(jìn)一步形成各種各樣的恒星和星系,最終形成我們?nèi)缃袼吹降挠钪妗?/p>

  暴漲模型允許宇宙的物質(zhì)和能量從無中產(chǎn)生。大統(tǒng)一理論認(rèn)為,重子數(shù)允許不守恒,而宇宙中的引力能可粗略地說是負(fù)的,并精確地抵消非引力能,總能量為零,因此宇宙從無中演化是可能的。

  “無”并非是絕對(duì)的虛無,真空能恰恰是一種特殊的物質(zhì)和能量形式。如果進(jìn)一步說真空能起源于“無”,那么這個(gè)“無”也只能是一種未知的物質(zhì)和能量形式。從現(xiàn)代物理學(xué)的觀點(diǎn)看,真空也可視為物質(zhì)。

  宇宙不論多么巨大,作為一個(gè)有限的物質(zhì)體系 ,也有其產(chǎn)生、發(fā)展和滅亡的歷史。暴漲模型認(rèn)為宇宙中的物質(zhì)與能量形式不是永恒的,把“無”作為一種未知的物質(zhì)和能量形式,在認(rèn)識(shí)論和方法論上有一定意義。

  現(xiàn)代宇宙學(xué)不是晦澀無用的哲學(xué)思辯,而是建立在天文觀測(cè)、數(shù)學(xué)模型、物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的現(xiàn)代科學(xué),完全有能力認(rèn)知宇宙的奧秘。天文學(xué)家們指出,大爆炸必然會(huì)發(fā)生,原因是“虛空”本質(zhì)上是不穩(wěn)定的,可以從量子力學(xué)和廣義相對(duì)論中推導(dǎo)出來。在量子力學(xué)的尺度,空間將不穩(wěn)定,不再顯示平滑和連續(xù),空間和時(shí)間失去穩(wěn)定性,混雜形成時(shí)空的泡沫,微小的時(shí)空泡可以自發(fā)形成。量子化的時(shí)空產(chǎn)生漲落,宇宙產(chǎn)生于“虛空”。

  宇宙的結(jié)局

  熱力學(xué)定律不會(huì)讓宇宙獲得永生,新的恒星無法繼續(xù)形成時(shí),宇宙抵達(dá)熱寂平衡點(diǎn),宇宙的狀態(tài)如同誕生之初的那一碗湯狀時(shí)空。熱寂是熱力學(xué)上的終點(diǎn),整個(gè)宇宙任何一處的溫度都僅僅比絕對(duì)零度高一些,這意味著沒有東西會(huì)幸存下來。少部分科學(xué)家認(rèn)為,宇宙結(jié)局如果是大坍縮,所有的物質(zhì)最終都會(huì)變成原子狀態(tài),再經(jīng)過一次偶然的量子漲落,新一輪的大爆炸又形成了,下一個(gè)宇宙誕生。

  宇宙學(xué)家認(rèn)為,如果宇宙能量密度等于或者小于臨界密度,膨脹會(huì)逐漸減速,但永遠(yuǎn)不會(huì)停止。恒星形成會(huì)因各個(gè)星系中的星際氣體都被逐漸消耗而最終停止;恒星演化最終導(dǎo)致只剩下白矮星、中子星和黑洞。相當(dāng)緩慢地,這些致密星體彼此的碰撞會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量聚集而陸續(xù)產(chǎn)生更大的黑洞。宇宙的平均溫度會(huì)漸近地趨于絕對(duì)零度,從而達(dá)到所謂大凍結(jié)。此外,倘若質(zhì)子真像標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的那樣是不穩(wěn)定的,重子物質(zhì)最終也會(huì)全部消失,宇宙中只留下輻射和黑洞,而最終黑洞也會(huì)因霍金輻射而全部蒸發(fā)。宇宙的熵會(huì)增加到極點(diǎn),以致于再也不會(huì)有自組織的能量形式產(chǎn)生,最終宇宙達(dá)到熱寂狀態(tài)。在ΛCDM模型中,暗能量以宇宙學(xué)常數(shù)的形式存在,這個(gè)理論認(rèn)為只有諸如星系等引力束縛系統(tǒng)的物質(zhì)會(huì)聚集,并隨著宇宙的膨脹和冷卻它們也會(huì)到達(dá)熱寂。對(duì)暗能量的其他解釋,例如幻影能量理論則認(rèn)為最終星系群、恒星、行星、原子、原子核以及所有物質(zhì)都會(huì)在一直持續(xù)下去的膨脹中被撕開,即所謂大撕裂。

  多元宇宙的介紹

  多元宇宙是一個(gè)理論上的無限個(gè)或有限個(gè)可能的宇宙的集合。多元宇宙所包含的各個(gè)宇宙被稱為平行宇宙。極少數(shù)理論物理學(xué)家認(rèn)為存在著不同狀態(tài)的多元宇宙。

  根據(jù)暴脹理論,通常所說的大爆炸可能并不是時(shí)間和空間的起始,而是我們這個(gè)可觀測(cè)宇宙的開始。在此以前是宇宙的暴脹期。那是一個(gè)以指數(shù)級(jí)膨脹的宇宙,充滿著時(shí)空結(jié)構(gòu)固有的能量。宇宙的暴脹也是一個(gè)通過繼承和發(fā)展而來的理論。它繼承了大爆炸理論和現(xiàn)代宇宙學(xué)的所有成果;解釋了大爆炸理論無法解釋的一系列問題,包括宇宙各處的溫度為何如此平均,空間為何如此平坦,為何沒有發(fā)現(xiàn)磁單極子這樣的高能遺留物等等;與此同時(shí),它還明確作出了五個(gè)可供檢驗(yàn)的預(yù)測(cè),其中四個(gè)已被確認(rèn)。唯一一個(gè)未被確認(rèn),也難以確認(rèn)的預(yù)測(cè)是:多元宇宙。

  暴脹理論認(rèn)為,暴脹能導(dǎo)致空間以指數(shù)級(jí)急速膨脹。這能解釋為什么我們的宇宙如此平均、如此巨大。暴脹結(jié)束后,我們的宇宙充滿了物質(zhì)和輻射,也就是我們?cè)诖蟊ㄖ兴吹降囊磺?。我們今天的宇宙是通過充分的暴脹形成的。但是根據(jù)同一個(gè)理論,可以推導(dǎo)出在暴脹已經(jīng)結(jié)束的地方周圍,或許仍然存在著許多暴脹尚未結(jié)束的地方。這種存在于理論中的現(xiàn)象也就是所謂的“永久暴脹”。

  判斷一個(gè)理論是否成熟、是否科學(xué)有三大標(biāo)準(zhǔn)。它們分別是:

  能否重現(xiàn)原有理論的結(jié)果;能否解釋與原有理論矛盾的結(jié)果;以及能否作出新的、可供檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)。

  由于無法驗(yàn)證,也無法預(yù)言如何驗(yàn)證,多元宇宙不是科學(xué)理論,不也是科學(xué)假說,而是個(gè)人假說。多元宇宙理論本身并不是一個(gè)科學(xué)理論。它實(shí)際上是一個(gè)根據(jù)當(dāng)前已知物理定律所作的推論。

  對(duì)于我們所在的這個(gè)宇宙來說,多元宇宙理論起不到多大的解釋作用。它無法解決我們當(dāng)前面臨的問題。最糟糕的是,它無法向我們提供任何能夠加以檢驗(yàn)的預(yù)測(cè)。這首先意味著假如我們對(duì)這個(gè)宇宙及其歷史的認(rèn)識(shí)是正確的,那么多元宇宙可能真的存在。但產(chǎn)生這些宇宙的大爆炸與我們這個(gè)宇宙沒有任何關(guān)聯(lián)。但與此同時(shí),這一切又是超現(xiàn)實(shí)的。即便在理論上,也無法加以檢驗(yàn)。除非我們重現(xiàn)宇宙暴脹,然后把觀測(cè)者送往不同的暴脹區(qū)。

  多元宇宙理論永遠(yuǎn)是一種物理學(xué)的推論。它也許是一種不可避免的推論,但在加以檢驗(yàn)之前,不能被稱為科學(xué)。事實(shí)上,我們可能永遠(yuǎn)也無法對(duì)此加以檢驗(yàn)。這是一個(gè)有意義的理論猜想,但不是科學(xué)理論。而且由于宇宙給我們?cè)O(shè)置了局限,多元宇宙可能永遠(yuǎn)都無法成為科學(xué)理論。它屬于一種基于物理的“形而上學(xué)(metaphysics)”。我們能夠通過科學(xué)的方式學(xué)習(xí)這個(gè)宇宙內(nèi)部的信息,但是這個(gè)宇宙實(shí)際上卻是有限的。
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