5分鐘看完138億年宇宙史

現代天文學認為宇宙誕生於138.2億年前的一場大爆炸,這已經從多方的觀測證明了這一點。但對於這場大爆炸發生的詳細過程和宇宙的未來發展也許並不十分清楚,本文就用5分鐘的時間,將從宇宙大爆炸到現在以及未來做個簡單的描述,讓大家容易理解!

5分鐘看完138億年宇宙史

整個宇宙史,五分鐘說完確實有點難度,但我們可以根據特徵將其分成大爆炸時代,黑暗時代,恆星時代和暗能量時代,著重說明這個時代中的部分代表性事件。將整個宇宙史串聯起來。

宇宙誕生大爆炸時代

這個時代根據元素的誕生可以將其區分為亞原子時代和原子時代,從大爆炸開始到10^-12S為止,宇宙是能量時代,因為在這個時間之前,宇宙在一片能量的海洋極速擴張,溫度迅速下降,當然溫度達到2億度左右時,已經到達夸克和膠子的相變溫度,能量到物質轉變過程開始出現!

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夸克—膠子等離子體

亞原子時代非常重要,宇宙中最基本的作用力引首先在大爆炸最初的一刻被釋放了出來,而隨後則是弱力、強作用力以及電磁力等,同時宇宙在大爆炸發生後的10^-32S前,發生了急速的暴脹,宇宙擴大了100次加倍, 宇宙空間變大為原來的10^30倍。

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時間再次流逝,到達10^-6S時,宇宙溫度繼續下降,夸克結合形成了中子和質子等重子,或者說部分氫原子核。溫度繼續下降,最初的質子和質子以及中子之間的太初核聚變開始進行,除了請原子核以外,氦原子核和鋰原子核開始誕生。

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數萬億度的宇宙大爆炸原始夸克膠子等離子體

原子時代:此時距離原子還早,因為宇宙中充滿了高溫,電子游離,宇宙就是一片等離子海洋,光子在裡面亂竄,根本就出不來,等到30萬年後,溫度下降,原子核捕獲電子形成原子,但光子脫耦需要再過8萬年,也就是大爆炸38萬年後,宇宙中的光子才開始突出重圍,就是我們現在看到的宇宙微波背景輻射。

宇宙的黑暗時代

第一束光已經誕生,但宇宙卻從此走向了黑暗,因為溫度下降,電子再無法從中取得足夠的能量發射足夠頻率的光子,而且宇宙中到處瀰漫了太初核聚變形成氣體和塵埃。

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在大爆炸和恆星時代中間的是黑暗時代

由於剛誕生的宇宙中缺乏重元素,因此這個瀰漫的星雲時間持續了數億年,在漫長的時間中,這些氣體雲由於區域性密度分佈不均形成坍縮,形成了博克球狀體,可能分裂成多個坍縮區域形成多顆原恆星,當宇宙的時間過1.8億年時,宇宙中的第一顆恆星誕生了!

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宇宙的恆星時代

從恆星到星系中間缺少一個重要的環節:黑洞,為什麼需要黑洞來銜接星系與恆星之間的關係呢?因為星系龐大的質量,沒有黑洞巨大的引力是HOLD不住整個星系的,因此在大爆炸時代誕生的原初黑洞和恆星時代誕生的黑洞合併合成的超級黑洞就成了星系的中流砥柱。

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當宇宙的時間經過12億年時,銀河系誕生了,從一個棒旋核心開始,旋臂正在慢慢形成。關於銀河系的演化還有個有趣的演變過程,早期是1962年三位科學家提出了一個ELS模型,說的是一片巨大的星雲中星星點點形成了銀河系中的各個星系,後來發現這個模型非常不靠譜。天文學家觀測銀河系吞噬矮星系後發現銀河系可能就是這樣通過吞併逐漸成長的。

  • 地球誕生

46億年前,位於銀河系本地泡的一片星際雲出現坍縮,形成了太陽系,而在太陽系的第三顆行星上則發生了一起驚天動地的撞擊,一顆軌道非常接近地球的行星忒亞撞擊了地球,部分物質形成了月球,而地球因禍得福,自轉速度降低,地軸更加穩定,而撞擊形成的地軸歪斜形成了四季。

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太陽系的誕生

一切都的因素導致的結果只有一個,原始地球準備好了所有條件,就等著第一個生命的誕生。

  • 生命歷程

二十四億年前,地球上的單細胞藻類的出現改變了整個地球環境,因為它們利用光合作用來獲得能量,排出廢氣氧氣,正式氧氣則是未來地球生命多樣化的另一個重要基礎!

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從太空看地球上的藻類

5.5億年前,各種合適的條件下地球生命出現了大爆發,各種類型的生命爭相出現在地球上,這就是寒武紀生命大爆發的來歷。

3.5億年前的裸子植物出現是一個重要的標誌,而二疊紀和三疊紀時期出現的恐龍是地球物種歷史上的一個里程碑,另一個侏羅紀出現的瘤齒獸則是哺乳動物的開端。

6500萬年前的小行星撞擊是一個大事件,為未來哺乳動物的爆發做好了一切準備,3500萬年前出現的原上猿是人類祖先能追蹤到的最古老物種,600萬年前的南方古猿從樹上到地上生活,是一個標誌性事件,因為解放雙手製作複雜工具,為人類進化演化鋪平了道路。

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地球生命演化史

更新世末期的智人戰勝尼安德特人則是人類歷史上最為濃墨重彩的一筆,這位智人佔領全世界鋪平了道路。

  • 太陽系的命運

太陽系不會一直一帆風順,這不是由地球決定的,而是整個太陽系的母星-太陽所決定的,它是一顆黃矮星,整個壽命週期大約100億年,現在太陽還有剩下一半的壽命,但後半程的太陽就不是那麼安分了,因為氦元素的堆積,太陽大約會在二十幾年以後體積出現膨脹,三十幾億年後第一次氦閃,此後的氦閃會越來越平凡!

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地球奔向比鄰星

氦閃就是《流浪地球》中為之逃離太陽的唯一原因,原因其實不復雜,太陽內核不足以燃燒氦元素,但內核堆積,輻射壓減少,內核收縮,殼層氫元素會進入燃燒,因為內核收縮的高溫會導致更劇烈,這就是膨脹成紅巨星的動力,而內核氦元素堆積過多,則會在某個時刻達到氦元素聚變的條件,在很短的時間內氦元素將聚變成碳元素,巨大的能量從內核向外殼傳遞,就像一次迷你超新星爆發,會將太陽外殼的大量高能物質拋灑到太陽周圍的宇宙空間,當然也包括地球,因此當太陽出現氦閃時,太陽系的末日就來臨了!

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而在第一次氦閃之後會越來越頻繁,太陽的體積也會越來越大,最終膨脹到約地球的軌道,無論地球是因為太陽質量降低遠離當前的軌道還是被太陽吞沒,其實結果是差不多的,因為在此之後的地球將不可能再有生命。

而太陽最終將成為一顆閃耀的白矮星。

暗能量時代,宇宙的命運

1999年兩個觀測Ia超新星研究宇宙膨脹的團隊,不約而同的發現在更遙遠的宇宙膨脹速率大大超過之前的預估,這表示在某個尺度外的宇宙正在超過預估的速度膨脹,進一步研究發現,這個尺度對應的宇宙年齡大約45億年前就開始加速膨脹。

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1922年弗裡德曼假設宇宙物質是均勻的,進而從廣相的引力場方程中推導出了宇宙的形狀,發現宇宙在絕大部分情況下是膨脹的,勒梅特重現了這一結果,後來哈勃發現了遙遠星系的加速離去而發現宇宙膨脹,天文學家從這些蛛絲馬跡中發現了宇宙可能誕生於一個奇點,但同樣這個論據可以推斷出宇宙的未來,對宇宙臨界密度與當前宇宙密度的評估,發現兩者非常接近,而測量整個宇宙的曲率發現宇宙是平坦的!

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整個一些列的結論都指向一個結果,我們所在的宇宙是一個不斷膨脹的平坦宇宙,而現在觀測到結果是這個宇宙正在加速膨脹,這是因為宇宙已經從引力主導的膨脹時代進入到了暗能量主導的膨脹時代,結果只有一個,它可能會無限膨脹。

這意味著什麼?也許會發生如下過程:

星系將會彼此遠離,大約在最後時刻來臨前的6000萬年,引力將無法對抗斥力,銀河系將開始分崩離析,倒計時3個月時,太陽系也將瓦解,最後的的半小時,行星和行星之間的維繫也將失去,最後的瞬間,原子也將被摧毀!

大撕裂可能是宇宙最終的命運!


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