打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
宇宙中的物质为什么能无中生有?

哈勃空间望远镜曾经在1995年、1998年和2003年分别对着天空中不同位置、看起来空无一物的区域连续曝光十几天甚至数十天,最后得到了HDF、HDFS和HUDF三张照片,发现即使在远达133.5亿光年外的宇宙,仍然有难以计数的星系,这使得我们不由得思考一个问题,如此多的物质是从哪里来的,真的是无中生有?

哈勃常数和宇宙膨胀

布鲁诺直觉告诉他宇宙是无限的,但他还没找到理由与证据之前,就因宣传哥白尼的日心说被教廷烧死在罗马鲜花广场。牛顿发现了万有引力是制约宇宙天体之后,认为宇宙是无限的!因为无限的宇宙在任意点上受到其它方向上引力的牵制而相互抵消,得以停留在原地,尽管牛顿的理由是错误的,但结果却歪打正着。

1826年德国天文学家奥伯斯认为,如果宇宙有限且是永久存在的,那么无数多的星光到达地球会让夜空会亮如白昼。因此奥伯斯认为宇宙必定有一个时间开端。

奥伯斯佯谬

1922年苏联宇宙学家弗里德曼通过假设宇宙物质的均匀性,通过广义相对论推导宇宙模型是膨胀的,1928年勒梅特得到了同样的结果。

1929年哈勃通过十多年的观测发现遥远的星系正在快速离去,并且哈勃已经测算出了这些星系离去的速度大约为550千米/秒·百万秒差距(现代天文测定速度为67.15千米/秒·百万秒差距)。尽管哈勃以当时的技术测量有些误差,但并不影响宇宙正在膨胀这个结论的正确性。但哈勃拒绝就此事做过多的联想。

二战后勒梅特提出了宇宙大爆炸论,而乔治·伽莫夫(计算出伽莫夫因子的那个大神)根据这个大爆炸理论提出了太初合成理论,而拉尔夫·阿尔菲和罗伯特·赫尔曼则从理论上预言了宇宙微波背景辐射的存在,并且测算出大约为5K

1964年美国科学家家彭齐亚斯和威尔逊无意中发现了宇宙微波背景辐射,经过测量为3.5K,1965年又修正为3K,我们熟知的3K背景辐射就是这么来的!

宇宙大爆炸和奇点

勒梅特提出的宇宙大爆炸观点正在被一个个观测所证实,无论是宇宙膨胀还是太初合成理论(宇宙物质以氢元素为主)以及宇宙微波背景辐射等,目标都指向宇宙在很久远的过去曾经发生过一次开辟天地的大爆炸!宇宙中的一切物质都在这个时期诞生!

  • 奇点的来历

现代宇宙物理学的几乎所有研究都基于大爆炸理论,因为与它相关的证据实在是太充分了,但宇宙从哪里开始爆炸,最初的宇宙是一个什么样的状态当时没有触及到这一点!

1965年罗杰·彭罗斯提出了黑洞中心的时空奇点论,霍金受到启发,他将奇点论用到了整个宇宙方向。1968年霍金与乔治·艾利斯认为宇宙背景辐射的存在证实宇宙的确曾经发生过大爆炸,并且认为宇宙有一个初始的奇点,时间和空间以及物质都是从这初始的起点演化而来!

但有一个有趣的事实是在奇点处一切物理定律都失效,这对现在宇宙诞生论是一个不小的挑战,不过关于宇宙大爆炸的最初始说法,已经有多个不会产生奇点的说法,比如弦理论中的膜彼此碰撞等,有兴趣的朋友可以了解下!

  • 质能等价方程

前文我们只交代了宇宙的起源,但物质的来源仍然没有说清楚,毕竟从一个奇点诞生物质这种神奇的事情无法用一句话说清楚,但很幸运,爱因斯坦在发表狭义相对论时有一篇补充论文《物体的惯性和它蕴含的能量有关吗?》中给出了质能等价的方程,爱因斯坦认为质量就是能量,能量就是质量,这只是事物的一体两面,不同状态下表现方式而已!

2011年6月,美国布鲁克海汶国家实验室中的相对论重离子对撞机(RHIC)将两束金原子核加速到接近光速碰撞,在对撞机的STAR探测器上探测到了“夸克胶子等离子体”,也就是物质和能量的之间的相变温度!这个温度大约是2万亿摄氏度!

简单的理解这就是物质-能量之间临界点,再往上就是能量的世界了,所以质量与能量只是在不同状态下表现而已,当宇宙从“奇点”暴胀成宇宙时,致密的能量随着膨胀,温度下降,从能量状态转变为质量,夸克胶子结合成为质子和中子,继续冷却,质子以及质子与中子聚变构成了氢、氦与锂等原子核,但它们要到宇宙膨胀到38万年后才会捕获电子形成原子!

宇宙的物质不是物种生有,它只是从能量变成了质量,只要条件合适它可以重新变为能量,而两者是等价的,也就是说即使跨度为整个宇宙,依然是质能守恒的!

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
宇宙大爆炸学说
揭秘八大现代天文学之谜
宇宙
宇宙的诞生和结局!
宇宙大爆炸那3分46秒,到底发生了什么?为何对这个世界如此重要
地质科普之二:宇宙大爆炸
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服