首頁>科學>

根據宇宙學標準模型,宇宙起源於奇點大爆炸,宇宙最初時刻非常熾熱。那麼,宇宙大爆炸時的溫度有多高呢?天文學家又是如何推測出宇宙的起源呢?

哈勃發現的關鍵證據

很長一段時間來,穩恆態宇宙的觀點深入人心,就連愛因斯坦在創立廣義相對論都受到了影響,他給引力場方程中加入了宇宙常數,使得方程所描述的宇宙是靜態的。然而,哈勃在20世紀20年代的發現改變了這一切。

哈勃發現,宇宙中的星系不是一半靠近銀河系,一半遠離銀河系,而是幾乎都在遠離銀河系,而且遠離速度還隨著距離的增加而變快。唯一能夠解釋這種現象的原理是宇宙空間在均勻膨脹,空間中的星系被互相拉開。愛因斯坦不得不承認自己犯了錯誤,把宇宙常數從引力場方程中剔除掉(但又因為其他原因被後來的天文學家再次加入)。

如果空間在膨脹,宇宙的過去必然很小。如果追溯到宇宙的開端,整個宇宙將會坍縮到奇點之中。於是,宇宙被認為是從奇點大爆炸中創造出來的。

宇宙大爆炸的另一個證據

如果宇宙過去很小,那麼,大量的物質和能量聚集在一起,就會得到極高的溫度,這意味著早期宇宙非常熱。既然如此,這些熱量應該還殘留在當今的宇宙中。在20世紀60年代,天文學家發現了各向同性的宇宙微波背景輻射,這正是宇宙大爆炸的熱殘餘。

除此之外,宇宙中元素的比例和星系的演化都能進一步支援宇宙大爆炸理論。

宇宙最初有多熱?

在138億年前的奇點時刻,一切東西都集中在無限小的空間中,宇宙溫度達到了無限高的程度,目前沒有理論能夠描述那種狀態。

在宇宙演化到第一個普朗克時間,也就是當宇宙誕生5.4×10^-44秒時,宇宙溫度達到了目前理論所能描述的最高溫度——普朗克溫度,1.4×10^32開氏度。在這種極端溫度下,包括引力在內的已知四種基本力沒有差別,它們統一成同一種力。在大爆炸1秒之後,溫度下降為100億度。

當空間經過38萬年的膨脹之後,物質和能量分散開來,宇宙溫度下降到3000開氏度。到了宇宙誕生大約1500萬年時,宇宙溫度降為300開氏度,即27攝氏度,這差不多是室溫的狀態。目前,宇宙的平均溫度只比絕對零度高了2.725度,相當於零下270.425攝氏度。

  • mRNA疫苗可誘導對SARS-CoV-2及其多種擔憂的變體的持久免疫記憶
  • 來看看這顆逃逸的恆星,天文學家也確定不了它的來歷