什么是宇宙膨脹

廣西戴氏教育來源：互聯(lián)網(wǎng) 時間:2021-05-27 03:50:36 點擊：1次

霍金是21世紀最偉大的物理學(xué)家之一，他對于宇宙天體的研究也為我們解開了很多的未知的奧秘。當然今天我們要說的不是霍金的偉大功績，而是關(guān)于宇宙的膨脹學(xué)說，宇宙的膨脹是我們很早之前就聽說過的一個理論，并且在非常久遠的之前，宇宙大爆炸的結(jié)果就是我們現(xiàn)在的地球和其他的星系和星球。下面我們就來看看宇宙為何會發(fā)生膨脹。

宇宙的起源就是宇宙膨脹的根本原因。

宇宙膨脹的現(xiàn)實來源于宇宙的過去，來自于最初宇宙創(chuàng)生時的大爆炸。

宇宙大爆炸時釋放的能量產(chǎn)生的光和熱推動著宇宙的膨脹，宇宙膨脹的歷程，同時還是我們這個宇宙中所有關(guān)鍵要素形成的原因，比如基本粒子的誕生和原子的誕生都源于宇宙的膨脹，因為不斷膨脹的宇宙空間降低了宇宙的能量密度，也就降低了宇宙的溫度，讓部分能量有機會轉(zhuǎn)變成物質(zhì)。

宇宙膨脹簡史，宇宙的最初三分鐘

普朗克時代(10 ^ -43秒)：溫度1 x 10 ^ 32攝氏度，體積小于1.25×10^−15立方米

從大爆炸的確切時刻到10 ^- 43秒，在這個極其短暫的時間中，現(xiàn)代物理學(xué)方程失效，無法進行確切的數(shù)學(xué)分析，因為我們還沒有發(fā)展出一套處理大爆炸那種極端狀態(tài)的數(shù)學(xué)體系，但許多物理學(xué)家相信，那是一個高維空間的時代，雖然宇宙的整體體積很小，比現(xiàn)今的一個質(zhì)子的體積還小，1.25×10^−15立方米。物理學(xué)家們假設(shè)，此時的宇宙是由極高能量的“原始”顆粒組成。在這個階段，物理學(xué)家物質(zhì)和能量沒有區(qū)別，我們今天所知道的，構(gòu)建我們這個宇宙的基石，宇宙四大基本力也是一個統(tǒng)一的力。據(jù)估計當時宇宙的溫度是1 x 10 ^ 32攝氏度。

GUT時代(10 ^ -43到10 ^ -38秒)

大統(tǒng)一理論(GUT)是粒子物理學(xué)中的一個模型，在這個模型中，在非常高的能量和溫度下，標準模型的三大基本力(強核力，弱核力和電磁力)將合并成一種力。除了引力之外，GUT理論接管宇宙起源之后的這個瞬間，但自10 ^ -38秒起，GUT時代結(jié)束。

電弱力時代(10 ^ -38至10 ^ -10秒):宇宙膨脹到一個葡萄柚的大小

自大爆炸后10 ^ -38秒開始，宇宙開始冷卻，統(tǒng)一的力量開始分解成不同的基本力。

然后宇宙很可能經(jīng)歷了一次超光速膨脹，就在這個瞬間，宇宙從一個亞原子粒子大小膨脹到大概一個葡萄柚的大小，如果按照同等的比例，這相當于一個葡萄大小的東西在一瞬間膨脹成一個直徑大約900億光年的圓球，也就是當前人類的可觀察宇宙的大小。

到此時，電磁力，強核力和弱核力，彼此分離，成為我們這個宇宙物質(zhì)構(gòu)成的基礎(chǔ)，也是物質(zhì)相互作用的基礎(chǔ)。基本粒子具有質(zhì)量，也就具有了引力效應(yīng)，但宇宙的溫度仍然太高，不允許夸克結(jié)合在一起形成中子和質(zhì)子。

強子時代(10 ^ -10秒到1秒)：

隨著宇宙繼續(xù)降溫，粒子時代開始，但所有不穩(wěn)定的強子很快形成又消失，最終只留下質(zhì)子和中子，這些質(zhì)子和中子構(gòu)成未來原子的核。

輕子時代(1秒至3分鐘)

在強子時代結(jié)束時，大多數(shù)強子和反強子都相互湮滅，留下輕子(如電子，μ子和某些中微子)和反輕子，輕子時代遵循與早期強子時代類似的道路。最初輕子和反輕子總是成對產(chǎn)生。大爆炸后約10秒，宇宙的溫度下降到不再產(chǎn)生新的輕子/反輕子對，大多數(shù)輕子和反輕子快速相互湮滅，產(chǎn)生成對的高能光子，并留下一小部分輕子。由此構(gòu)建物質(zhì)宇宙的基石都已經(jīng)成型，即質(zhì)子中子和電子等。

在輕子時代結(jié)束時大多數(shù)輕子和反輕子湮滅之后，產(chǎn)生了大量的光子，充斥整個宇宙，而這些宇宙創(chuàng)生之初產(chǎn)生的光子，伴隨著宇宙的膨脹過程，這些光子已經(jīng)轉(zhuǎn)變成如今的宇宙微波背景輻射。下圖就是對宇宙微波背景輻射的觀察圖，來自威爾金森微波各向異性探測器。發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射是大爆炸理論的關(guān)鍵實驗證據(jù)，否則前面我們所講述的一切都是在編故事。

根據(jù)現(xiàn)在的宇宙學(xué)模型，大爆炸中只有大約4%的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姷奈镔|(zhì)和人類已知的能量形式，而剩下96%的能量，轉(zhuǎn)變?yōu)樗^的暗物質(zhì)和暗能量，它們在后期主宰了宇宙的加速膨脹。但關(guān)于暗物質(zhì)和暗能量，我們對它們幾乎一無所知，所以宇宙的最終命運到底是什么，它真的會一直膨脹下去，甚至進入所謂的大撕裂崩滅期嗎，沒人知道答案。