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1 # 廣州小彭vlog
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2 # 科學執著者
大爆炸又稱大霹靂(英語:Big Bang),是描述宇宙的源起與演化的宇宙學模型,這一模型得到了當今科學研究和觀測最廣泛且最精確的支援。宇宙學家通常所指的大爆炸觀點為:宇宙是在過去有限的時間之前,由一個密度極大且溫度極高的太初狀態演變而來的。根據2015年普朗克衛星所得到的最佳觀測結果,宇宙大爆炸距今137.99 ± 0.21億年,並經過不斷的膨脹(英語:Metric expansion of space)到達今天的狀態。
大爆炸這一模型的框架基於愛因斯坦的廣義相對論,又在場方程的求解上作出了一定的簡化(例如宇宙學原理假設空間的均勻性(英語:Homogeneity (physics))和各向同性)。1922年,蘇聯物理學家亞歷山大·弗裡德曼用廣義相對論描述了流體,從而給出了這一模型的場方程。1929年,美國物理學家埃德溫·哈勃透過觀測發現,從地球到達遙遠星系的距離正比於這些星系的紅移,從而推匯出宇宙膨脹的觀點。1927年時勒梅特透過求解弗裡德曼方程已經在理論上提出了同樣的觀點,這個解後來被稱作弗裡德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規。哈勃的觀測表明,所有遙遠的星系和星系團在視線速度上都在遠離我們這一觀察點,並且距離越遠退行視速度越大。如果當前星系和星團間彼此的距離在不斷增大,則說明它們在過去曾經距離很近。從這一觀點物理學家進一步推測:在過去宇宙曾經處於一個密度極高且溫度極高的狀態,大型粒子加速器在類似條件下所進行的實驗結果則有力地支援了這一理論。然而,由於當前技術原因,粒子加速器所能達到的高能範圍還十分有限,因而到目前為止,還沒有證據能夠直接或間接描述膨脹初始的極短時間內的宇宙狀態。從而,大爆炸理論還無法對宇宙的初始狀態作出任何描述和解釋,事實上它所能描述並解釋的是宇宙在初始狀態之後的演化圖景。當前所觀測到的宇宙中氫元素的丰度,和理論所預言的宇宙早期快速膨脹並冷卻過程中,最初的幾分鐘內透過核反應所形成的這些元素的理論丰度值非常接近,定性並定量描述宇宙早期形成的氫元素丰度的理論被稱作太初核合成。
大爆炸一詞首先是由英國天文學家弗雷德·霍伊爾所採用的。霍伊爾是與大爆炸對立的宇宙學模型——穩態學說的倡導者,他在1949年3月BBC的一次廣播節目中將勒梅特等人的理論稱作“這個大爆炸的觀點”。雖然有很多通俗軼事記錄霍伊爾這樣講是出於諷刺,但霍伊爾本人明確否認了這一點,他聲稱這只是為了著重說明這兩個模型的顯著不同之處。霍伊爾後來為恆星核合成的研究做出了重要貢獻,這是恆星內部透過核反應利用氫元素製造出某些重元素的途徑。1964年發現的宇宙微波背景輻射是支援大爆炸確實發生的重要證據,特別是當測得其頻譜從而繪製出它的黑體輻射曲線之後,大多數科學家都開始相信大爆炸理論了。
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3 # 科學宇宙鋒輪
我們的宇宙誕生於約138億年前,始於一個緻密熾熱的奇點,它是一個體積無限小,密度無限大,溫度無限高,時空曲率無限大的點,空間、時間,在該處開始、在該處完結。
就在起始的那個耀眼的瞬間,爆發迸發出的能量向四方輻射,在那一刻,所有的物理定律,推動地球的力量開始形成,首先出現的力量是地心引力,宇宙的命運、大小、結構等一切,就在那一刻出現雛形。
隨著宇宙不斷的膨脹、冷卻,爆炸能量開始轉化成細小的亞原子粒子,它們是宇宙中的第一批能量轉化成的物質,接著原始粒子活動減慢,並開始結合成第一批元素的原子,首先組成的是氫,然後,宇宙開始製造氦和鋰元素。
根據計算機資料計算,這一製造過程持續了38萬年,.38萬年後,宇宙冷卻,電子開始放慢活動,在第一批原子與電子結合之後,渾濁的雲逐漸消散,新宇宙展露出真實的面目,2013年3月歐洲航天局21日在其巴黎總部公佈了根據“普朗克”太空探測器,傳回資料繪製了大爆炸30完年後的宇宙微波背景輻射圖。
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4 # 火星一號
在138億年前的宇宙創生之初,不但沒有時間,而且就連空間以及空間中的物質、能量都沒有。根據廣義相對論的推測,宇宙最開始只是一個奇點,它擁有無限高的溫度和密度,無限小的體積。
奇點也存在於黑洞的內部,包括最近剛剛直接發現的M87星系黑洞。在黑洞的中心,奇點似乎是穩定的。然而,在最初的宇宙中,由於量子漲落,奇點並不穩定,它在大爆炸中創生出時間、空間和能量,宇宙開始形成並演化。
宇宙誕生的一瞬間,物質並不存在,那時的宇宙就像一個由純能量組成的“原始湯”,包含形成各種粒子所需的全部成分。在宇宙經歷極短時間的暴脹之後,夸克、輕子、膠子、希格斯玻色子等一系列基本粒子就從純能量中創造出來。
在宇宙誕生幾分鐘之後,隨著宇宙的快速膨脹和冷卻,最早出現的基本粒子開始結合在一起形成其他複合粒子,如質子和中子。質子即為氫原子核,質子和中子又會結合在一起形成氦原子核,同時還有極少量的氘、鋰、鈹原子核。氫原子核和氦原子核的質量比為3:1。由於宇宙的溫度和密度迅速下降,更多更重的原子核來不及形成,氫和氦就構成了宇宙的物質基礎。
在宇宙形成之後的一段時間裡,由於光子與帶電粒子的耦合作用,宇宙是不透光的,所以我們無法透過光學手段來窺探宇宙最初時刻的景象。直到宇宙經歷38萬年的膨脹和冷卻之後,脫耦的光子可以在空間中自由傳播,宇宙才變得透光,這就是我們透過光學手段所能觀測到的最早宇宙景象。
這些最古老的光子如今還在整個宇宙中游蕩,各個方向的分佈都非常均勻,它們被稱為宇宙微波背景輻射。由於空間膨脹拉長了最初光子的波長,這些光已經成了肉眼無法看見的微波。各向同性的宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸理論最有力的證據之一。
經過大約1億年的演化,宇宙的溫度開始適合恆星的形成。氫、氦氣體雲在引力作用下形成了質量巨大的第一代恆星,它們的核聚變反應可以產生各種重元素。並且在第一代恆星的短暫一生結束之時,劇烈的超新星爆發不但可以進一步合成更重的元素,而且還能把重元素拋射到的宇宙中,成為下一代恆星的原料。
雖然恆星合成了重元素,但與氫和氦相比,重元素的比例非常低。經過138億年後,如今宇宙中99%的物質(不包括暗物質)仍然是由氫和氦組成,並且它們的質量比還是差不多3:1,這也能作為宇宙大爆炸理論的有力證據之一。
在第一代恆星出現之後不久,星系開始形成,其中也包括我們的銀河系。如果我們現在觀測最為遙遠的宇宙,可以看到早期宇宙的星系都是一些尚在發育的星系,這也能支援宇宙大爆炸理論。
隨著時間的推移,宇宙繼續膨脹和演化,最終出現了包括人類在內的地球生命。人類透過觀測宇宙中的星系發現,宇宙空間正在擴張,這是宇宙大爆炸理論第一個重要的證據。這也讓愛因斯坦懊悔不應該在引力場方程中加入宇宙常數,以維持宇宙的穩定狀態。
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5 # 鍾銘聊科學
宇宙形成於138億年前
目前主流科學家認可的宇宙起源的說法是宇宙大爆炸理論,相關的理論模型是ΛCDM模型。
這事要從天文學家哈勃說起,他發現:星系正在離我們遠去,而且離我們越遠的星系遠離我們的速度越快。後來,許多科學家在他工作的基礎上進一步推測,宇宙是膨脹起來,那往回推,宇宙就應該是一個點,由這個點發生大爆炸而來。
並預言了微波背景輻射的存在,後來被兩位工程師給發現了。
後來科學家根據研究宇宙的框架和分佈,也幾乎確立了大爆炸理論(其中有個這裡面的核心理論是暴脹理論)。
後來科學家先發現星系周圍的恆星運動速度超過理論值,再模型中加入了暗物質。
再後來又發現宇宙是加速膨脹的,並提出暗能量是導致宇宙加速膨脹的原因。
這也就是ΛCDM模型。
那大爆炸是咋樣的呢?138.2億年前,宇宙的起源於一個溫度無限,密度無限大,體積無限小的奇點。
大爆炸發生之後,逐漸形成了原子,38萬年後,光子開始只有奔跑,微波背景輻射就是那個時候留下來的。後來在引力作用下,逐漸形成了星系。
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我們現在觀察到的宇宙,其邊界大約有100多億光年。它由眾多的星系所組成。地球是太陽系的一顆普通行星,而太陽系是銀河系中一顆普通恆星。我們所觀察到恆星、行星、慧星、星系等是怎麼產生的呢?宇宙學說認為,我們所觀察到的宇宙,在其孕育的初期,集中於一個很小、溫度極高、密度極大的原始火球。在150億年到200億年前,原始火球發生大爆炸,從此開始了我們所在的宇宙的誕生史。宇宙原始大爆炸後0.01秒,宇宙的溫度大約為1000億度。物質存在的主要形式是電子、光子、中微子。以後,物質迅速擴散,溫度迅速降低。大爆炸後1秒鐘,下降到100億度。大爆炸後14秒,溫度約30億度。35秒後,為3億度,化學元素開始形成。溫度不斷下降,原子不斷形成。宇宙間瀰漫著氣體雲。他們在引力的作用下,形成恆星系統,恆星系統又經過漫長的演化,成為今天的宇宙。