宇宙成因和結(jié)局
在宇宙中，地球是目前所知唯一一顆有生命存在的星球。而宇宙又是怎么形成呢?下面就讓學(xué)習(xí)啦小編來(lái)給你科普一下宇宙如何形成的。
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(wú)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(shuō)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(wú)中演化是可能的。
“無(wú)”并非是絕對(duì)的虛無(wú)，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(shuō)真空能起源于“無(wú)”，那么這個(gè)“無(wú)”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(wú)”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(wú)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(lái)。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(wú)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(méi)有東西會(huì)幸存下來(lái)。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(guò)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(kāi)，即所謂大撕裂。
大爆炸理論簡(jiǎn)介
大爆炸這一模型的框架基于愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，又在場(chǎng)方程的求解上作出了一定的簡(jiǎn)化。1932年勒梅特首次提出現(xiàn)代宇宙大爆炸理論，1946年美國(guó)物理學(xué)家伽莫夫正式提出大爆炸理論。大爆炸宇宙模型認(rèn)為，宇宙起源于100多億年前的一個(gè)原始火球。暴脹模型解決了宇宙學(xué)三大疑難：視界疑難、平坦性疑難、磁單極子疑難。大爆炸依據(jù)宇宙學(xué)原理，即奇點(diǎn)在所有空間爆發(fā)。
大爆炸理論最早也最直接的觀測(cè)證據(jù)包括從星系紅移觀測(cè)到的哈勃膨脹、對(duì)宇宙微波背景輻射的精細(xì)測(cè)量、宇宙間輕元素的豐度，而今大尺度結(jié)構(gòu)和星系演化也成為了新的支持證據(jù)。這四種觀測(cè)證據(jù)有時(shí)被稱作“大爆炸理論的四大支柱”。
大爆炸模型能統(tǒng)一地說(shuō)明以下幾個(gè)觀測(cè)事實(shí)：
(a)理論主張所有恒星都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比自溫度下降至今天這一段時(shí)間為短，即應(yīng)小于200億年。各種天體年齡的測(cè)量證明了這一點(diǎn)。
(b)觀測(cè)到河外天體有系統(tǒng)性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應(yīng)來(lái)解釋，那么紅移就是宇宙膨脹的反映。但2012年認(rèn)為這是宇宙學(xué)紅移，而非多普勒紅移。在宇宙學(xué)紅移中，光波的波長(zhǎng)是在傳播過(guò)程中隨空間的膨脹而發(fā)生變化的。光譜線的紅移就是宇宙膨脹的反映。
(c)在各種不同天體上，氦豐度相當(dāng)大，而且大都是30%。用恒星核反應(yīng)機(jī)制不足以說(shuō)明為什么有如此多的氦。而根據(jù)大爆炸理論，早期溫度很高，產(chǎn)生氦的效率也很高，則可以說(shuō)明這一事實(shí)。
(d)根據(jù)宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計(jì)算宇宙每一歷史時(shí)期的溫度。
按照大爆炸理論，宇宙沒(méi)有開(kāi)端。它只是一個(gè)循環(huán)不斷的過(guò)程，便是宇宙創(chuàng)生與毀滅并再創(chuàng)生的過(guò)程。
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