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摘要:数学上的无穷大在物理方程中是没有意义的,所以大爆炸实际上是我们目前对宇宙的理解崩溃的点。在这样的温度下,被称为夸克的基本粒子自由游荡,夸克通常紧密地束缚在质子和中子内部。胶子携带一种称为强力的基本力,与这些夸克混合在一种渗透到宇宙中的发酸的原始流体中。当宇宙膨胀时,它冷却了,很快条件就足够使夸克聚集成质子和中子。大尺度结构这里是宇宙开始运作的地方,或者至少是我们今天所熟悉的行业。
在开头,什么都没有。然后,大约137亿年前,宇宙形成了。我们仍然不知道发生这种情况的确切条件,以及是否有一个时间之前。但通过望远镜观测和粒子物理模型,研究人员已经能够拼凑出宇宙生命中主要事件的大致时间线。这里我们来看看我们宇宙中一些最重要的历史时刻,从它的诞生到它的最终死亡。
大爆炸都是从大爆炸开始的,这“是时间的一刻,而不是空间的一点,”肖恩·卡罗尔,加州理工学院的一位理论物理学家告诉《生活科学》。具体地说,这是时间本身开始的时刻,所有随后的瞬间都是从这个时刻开始计算的。尽管大爆炸有着众所周知的绰号,但它并不是真正的爆炸,而是一个宇宙极度炽热和稠密,空间开始同时向四面八方向外扩张的时期。尽管大爆炸模型说宇宙是一个无限小,密度无穷大的点,但那只是一种不确定的说法,我们不太清楚当时发生了什么。数学上的无穷大在物理方程中是没有意义的,所以大爆炸实际上是我们目前对宇宙的理解崩溃的点。
宇宙膨胀时代(欧空局/普朗克合作)宇宙的下一个诀窍是真的大得很快。在大爆炸后的第一个0.00000000000000000001(即一个小数点,在大爆炸后的1秒之前有30个零)内,宇宙可能会以指数形式膨胀,从而将先前密切接触的宇宙区域分开。这个被称为膨胀的时代仍然是假设的,但是宇宙学家喜欢这个想法是因为它解释了为什么遥远的空间区域看起来如此相似,尽管它们被遥远的距离隔开。早在2014年,一个团队就认为他们在早期宇宙的光中发现了这种膨胀的信号。但后来的结果却变得更加平凡:干扰星际尘埃。
夸克胶子等离子体在时间开始后几毫秒,早期的宇宙真的很热——我们说的是7万亿到10万亿华氏度(4万亿到6万亿摄氏度)的热。在这样的温度下,被称为夸克的基本粒子自由游荡,夸克通常紧密地束缚在质子和中子内部。胶子携带一种称为强力的基本力,与这些夸克混合在一种渗透到宇宙中的发酸的原始流体中。研究人员成功地在地球上的粒子加速器中创造了类似的条件。但这种难以实现的状态只持续了几分之一秒,无论是在地球上还是在早期宇宙中。
早期的(Getty)在下一个时间阶段有很多动作,大约在大爆炸后的千分之一秒开始。当宇宙膨胀时,它冷却了,很快条件就足够使夸克聚集成质子和中子。大爆炸后一秒钟,宇宙的密度下降到足以使中微子——最轻、相互作用最少的基本粒子——可以在不撞击任何物体的情况下向前飞行,形成了所谓的宇宙中微子背景,科学家们还没有探测到。
的第一个原子(Getty)在宇宙生命的前3分钟,质子和中子融合在一起,形成一种氢同位素,称为氘和氦,以及少量次轻元素锂。但一旦温度下降,这个过程就停止了。最后,38万年大爆炸后,一切都很冷,氢和氦可以与自由电子结合,形成第一个中性原子。光子以前曾进入电子,现在可以在没有干扰的情况下移动,产生宇宙微波背景(CMB),这是1965年首次探测到的这个时代的遗迹。
... 时代在很长一段时间内,宇宙中没有任何东西发出光。这一时期持续了大约1亿年,被称为宇宙 ... 时代。这个时代仍然非常难以研究,因为天文学家对宇宙的知识几乎完全来自星光。没有任何恒星,就很难知道发生了什么。
第一颗恒星(双子座天文台/AURA/NSF/Mattia Libralato,太空望远镜科学研究所)在大爆炸后大约1.8亿年,氢和氦开始坍缩成大球体,在它们的核心产生地狱般的温度,并照亮第一颗星。宇宙进入了一个被称为宇宙黎明或再电离的时期,因为由早期恒星和星系辐射的热光子将星际空间中的中性氢原子分解成质子和电子,这一过程被称为电离。再电离的持续时间很难说。因为它发生的太早,它的信号被后来的气体和尘埃所掩盖,所以最好的科学家可以说它在大爆炸后5亿年左右就结束了。
大尺度结构(NASA)这里是宇宙开始运作的地方,或者至少是我们今天所熟悉的行业。小的早期星系开始合并成更大的星系,在大爆炸后10亿年左右,它们的中心形成了超大质量黑洞。明亮的类星体,产生从120亿光年外就能看到的强烈的光信标,开启了。
宇宙的中间年份(ESA/HFI&LFI联合会)宇宙在接下来的数十亿年里继续演化。原始宇宙中密度较高的点以引力吸引物质到自身。这些物质慢慢地成长为星系团和长长的气体和尘埃,形成了一个美丽的丝状宇宙网,今天可以看到。
太阳系的诞生(NASA/JPL)大约在45亿年前,在一个特定的星系中,一团气体云崩塌成了一个带有环状系统的黄星在它周围。这些环合并成八颗行星,加上各种彗星、小行星、矮行星和卫星,形成了一个熟悉的恒星系统。这颗来自中央恒星的第三颗行星在这一过程之后,要么保留了一吨水,要么彗星后来输送了大量的冰和水。
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