天文学概述:从“大爆炸”到“太阳系”

大爆炸理论的基本观点是:宇宙在过去有限的时间之前,由一个密度极大、温度极高的初始状态演变而来,并经过不断的膨胀才形成今天的状态。根据2010年的研究成果,从大爆炸至今,大约经历了133亿年至139亿年。

天文学概述:从“大爆炸”到“太阳系”

最初的几秒,宇宙温度是极高的,温度本身是对物质运动能量的一种量度,其所体现的是微观粒子的极度不稳定,以接近光的速度来运动。而密度极大,是对物质质量的一种量度,如果物质不能被创造也不能被消灭的话,那么“奇点”的质量便等于现在宇宙质量的总和。

1秒之后,温度下降到100亿摄氏度,这仍然是太阳中心温度的1000倍。这时候宇宙的主要成员是电子、中微子、光子以及他们的反粒子。随着不同粒子的互相碰撞,新产生的粒子会跟他们的反粒子一起湮灭,电子跟反电子湮灭的同时产出光子。

天文学概述:从“大爆炸”到“太阳系”

微小的电中性被成为“鬼粒子”,如果世界上真的有鬼的话,那么存在形式就是中微子的形式。它的个头非常小,质量近乎为零,可以接近光速运行。可以轻轻松松地穿过人体、建筑甚至地球。几乎不跟物质发生作用。1956年,弗雷德里克通过观察中微子诱发反应,证明了它的存在。1998年,超神岗实验室发现了中微子振荡,证明了它有微小的质量。

中微子不参与电磁相互作用和强相互作用,但是参与弱相互作用。它既是单个的质量非常小,但是在宇宙初期中微子的总量是非常巨大的。科学家推测中微子很可能就是构成暗物质、暗能量的在基本粒子。它的存在,使得天体具有足够的引力来遏制宇宙膨胀。或者说,中微子决定了宇宙是膨胀还是收缩。

天文学概述:从“大爆炸”到“太阳系”

100秒后,宇宙下降到了10亿摄氏度。由于这个温度已经不足以让中子和质子克服强核力,一个中子一个质子便形成了“氘”的原子核,两个质子和两个中子形成更重要的元素锂和铍。据说当时有四分之一的中子和质子形成了氦核,还有少量的氘和其他元素。剩下的中子继续衰变为质子。

在几个小时候,氦和其他元素的产生就停止了,接下来的100万年内,空间继续膨胀,温度继续下降,并没有产出什么新事物来。直到温度下降到几千摄氏度时,电子和原子核运动速度下降无法克制彼此间的引力,形成原子。由于引力的作用,宇宙从超高速膨胀,下降为高速膨胀。

天文学概述:从“大爆炸”到“太阳系”

宇宙膨胀在大尺度上密度几乎是均匀的,但在局部区域存在稍微密度大一些的物质,通过引力作用开始吸附其他物质使得自身密度更大,最终导致该区域内出现坍缩。随着坍缩区域越来越小,它的自转速度开始变快,这种旋转速度快到足以跟引力平衡,这样一个旋转的星系就诞生了。于此同时,由于蝶状星系自旋的扰动,让原本不旋转的其他区域也开始自旋,就顺势形成了椭圆形的星系。

星系中的氦气和氢气在自身的引力下不断坍缩,随着密度增大,温度升高,开始核反应,它将氢气转变为氦气并且放出大量的光子和热能。热气云一旦合并成恒星,核反应产生的热和引力至今将会形成一种相对平衡。接下来的事情,有着多种可能性,核心中心区域有可能形成类似中子星的紧致状态,也有可能像超新星爆炸那样把吸附过来的物质重新甩出去。那些被抛出去的元素成了下一代恒星的原料。

我们的太阳系有可能是第二代或者是第三代的恒星,因为它含有2%的重元素,这意味现在的太阳中包含着一些曾经恒星衰败过程中形成的元素。具体来说,太阳形成于大约50亿年前的一块自旋的气体,这块云中包含着早期超新星爆炸的碎屑。云中大量气体经过引力坍塌形成了太阳,而其他少量的重元素形成绕日运动的行星。我们的地球就是这些行星中的一颗。


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