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揭秘宇宙起源

宇宙的历史及其演化过程被广泛接受为大爆炸模型,该模型认为,大约137亿年前,宇宙开始时是一个非常热、密度非常大的点。那么,宇宙是如何从一英寸(几毫米)的直径变成今天的样子的呢?

这一切是如何开始的

正如这个理论的名字所暗示的那样,大爆炸并不是太空中的一次爆炸。相反,研究人员说,它是宇宙中无处不在的空间的出现。根据大爆炸理论,宇宙诞生时是空间中一个非常热、非常密的单一点。

宇宙学家不确定在这一刻之前发生了什么,但通过复杂的太空任务、地面望远镜和复杂的计算,科学家们一直在努力绘制出更清晰的早期宇宙及其形成的图像。

其中一个关键部分来自于对宇宙微波背景的观测,它包含了大爆炸留下的光和辐射的余辉。这个大爆炸的遗迹遍布整个宇宙,微波探测器可以看到,这使得科学家们能够拼凑出早期宇宙的线索。

2001年,NASA发射了威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)任务,通过测量宇宙微波背景辐射来研究宇宙早期存在的条件。在其他发现中,WMAP能够确定宇宙的年龄——大约137亿年。

宇宙第一次爆发

当宇宙还很年轻的时候——大约是万亿分之一秒的万亿分之一秒(咻!)——它经历了一次令人难以置信的快速增长。在这次被称为膨胀的爆发中,宇宙呈指数增长,体积至少增长了90倍。

宇宙在膨胀,随着它的膨胀,它变得更冷,密度更小,在暴涨之后,宇宙继续增长,但速度变慢了。

随着空间膨胀,宇宙冷却,物质形成。

太热而不能发光

轻的化学元素在宇宙形成的前三分钟就产生了。随着宇宙膨胀,温度变冷,质子和中子碰撞产生氘,这是氢的一种同位素。大部分的氘化合成氦。

然而,在大爆炸后的头38万年里,宇宙创生时产生的强烈热量使其温度过高,光无法发出。原子以足够的力量碰撞在一起,分裂成稠密、不透明的质子、中子和电子的等离子体,像雾一样散射光。

让光明照耀

大爆炸38万年后,物质冷却到足以使电子与原子核结合,形成中性原子。这个阶段被称为“重组”,自由电子的吸收使宇宙变得透明。今天从宇宙微波背景辐射的形式可以探测到在这个时候被释放出来的光。

然而,在重组的时代之后,在恒星和其他明亮物体形成之前,有一段黑暗时期。

走出宇宙的黑暗时代

大爆炸后大约4亿年,宇宙开始走出黑暗时代。宇宙演化的这一时期被称为再电离时代。

这个动态阶段被认为已经持续了超过5亿年,但是根据新的观察,科学家们认为再电离的发生速度可能比之前认为的要快。

在这段时间里,气团坍缩到足以形成第一批恒星和星系。这些高能事件发出的紫外线清除并摧毁了周围大部分的中性氢气。再电离的过程,加上雾状的氢气的清除,使宇宙第一次变得对紫外线透明。

更多的恒星和星系

天文学家梳理宇宙,寻找最遥远和最古老的星系,以帮助他们了解早期宇宙的性质。同样地,通过研究宇宙微波背景,天文学家可以回溯到一起拼凑之前发生的事件。

从1989年发射的WMAP和宇宙背景探测器(COBE)等较早的任务中获得的数据,以及1990年发射的哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)等仍在运行的任务中获得的数据,都有助于科学家试图解决最持久的谜题,并回答宇宙学中最具争议的问题。

我们太阳系的诞生

据估计,我们的太阳系是在宇宙大爆炸后90亿年后诞生的,所以它的年龄大约是46亿岁。根据目前的估计,太阳是我们银河系中1000多亿颗恒星中的一颗,它的轨道距银河系核心大约25000光年。

许多科学家认为,太阳和我们太阳系的其他部分是由一个巨大的旋转的气体和尘埃云形成的,这个云被称为太阳星云。当引力导致星云坍塌时,它旋转得更快,并扁平成一个圆盘。在这个阶段,大部分物质被拉向中心形成太阳。

暗物质

在20世纪60年代和70年代,天文学家开始认为宇宙中可能有比可见的更多的质量。维拉·鲁宾,华盛顿卡内基研究所的天文学家,观察了星系中不同位置的恒星的速度。

基本的牛顿物理学表明,星系外围的恒星运行速度要比星系中心的恒星慢,但鲁宾发现,星系外围的恒星运行速度并无差异。事实上,她发现一个星系中所有的恒星似乎都以差不多相同的速度绕着中心旋转。

这个神秘而不可见的物质被称为暗物质。暗物质被推断出来是因为它对普通物质施加的引力。有一种假设认为,这种神秘的物质可能是由不与光或普通物质相互作用的奇异粒子形成的,这就是它如此难以探测的原因。

膨胀和加速的宇宙

20世纪20年代,天文学家埃德温·哈勃对宇宙有了革命性的发现。哈勃在洛杉矶的威尔逊山天文台(Mount Wilson Observatory)使用一架新建成的望远镜观察到,宇宙不是静止的,而是在膨胀的。

几十年后,在1998年,以著名天文学家的名字命名的哈勃太空望远镜问世。它研究了非常遥远的超新星,并发现,很久以前,宇宙的膨胀速度比现在要慢。这一发现令人惊讶,因为长期以来人们一直认为,宇宙中物质的引力会减缓其膨胀,甚至导致其收缩。

暗能量被认为是一种奇怪的力量,它正在以不断增长的速度将宇宙拉开,但它仍然未被发现,笼罩在神秘之中。这种难以捉摸的能量被认为构成了宇宙的80%,它的存在是宇宙学中争论最激烈的话题之一。

虽然关于宇宙的创造和进化已经有了很多发现,但仍有一些悬而未决的问题。暗物质和暗能量仍然是两个最大的谜团,但宇宙学家仍在继续探索宇宙,希望能更好地了解宇宙的起源。

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