[科普中國(guó)]-宇宙：從大爆炸到膨脹

宇宙

宇宙大爆炸

眾多的天文學(xué)理論一致認(rèn)為，宇宙來(lái)源于150億年前的“創(chuàng)世大爆炸”。

宇宙大爆炸理論指出：宇宙最初只是一個(gè)體積極小、能量和物質(zhì)密度卻大到無(wú)法想象的“粒子”，之后這個(gè)“粒子”突然發(fā)生了大爆炸，并且向四周無(wú)限擴(kuò)展，各種射線呈放射狀散開，隨后逐漸凝固成質(zhì)點(diǎn)，在大爆炸發(fā)生之初，物質(zhì)只能以粒子的形態(tài)存在，之后宇宙不斷膨脹，溫度和密度也不斷下降。溫度下降并且逐漸冷卻之后，會(huì)逐步形成原子、原子核及分子，最后復(fù)合成通常的氣體；氣體又逐漸凝聚成星云，而星云會(huì)形成各種恒星及星系，最終經(jīng)過(guò)150億年的演化才變成了今天的宇宙模樣。

宇宙大爆炸決定性證據(jù)

宇宙正在不斷膨脹

我們?cè)诤芏嗵煳臅卸伎吹竭^(guò)這樣的描述：宇宙就像一個(gè)彩色的大氣球，氣球上的斑斑點(diǎn)點(diǎn)就是宇宙中的星系，隨著氣球被吹脹，氣球上的斑點(diǎn)也越離越遠(yuǎn)。這便是宇宙不斷膨脹的理論。人類是如何知道宇宙正在膨脹呢？宇宙膨脹是由美國(guó)天文學(xué)家哈勃最早觀測(cè)出來(lái)的，1929年他發(fā)現(xiàn)遙遠(yuǎn)的星系似乎正在離我們而去，為此哈勃還提出了體積概念。

那么，哈勃體積是什么呢？哈勃做出一個(gè)假設(shè)：如果你正站在一個(gè)球形氣泡的中央，在氣泡所包圍的區(qū)域里，所有的特體都會(huì)遠(yuǎn)離你而去，那么它們離去的速度將小于光速；而在哈勃體積之處，所有特體遠(yuǎn)離的速度則會(huì)超過(guò)光速。按照宇宙大爆炸理論，宇宙的加速膨脹會(huì)讓各種星系及其他天體彼此離得越來(lái)越遠(yuǎn)，宇宙物質(zhì)及密度也會(huì)變得越來(lái)越稀疏，這樣一來(lái)，宇宙是不是會(huì)變得“空空蕩蕩”呢？

這時(shí)候又有另一種天文學(xué)理論橫空出世：如果宇宙的持續(xù)膨脹使得星系之間的距離變得足夠“巨大”，那么就會(huì)有其他的全新物質(zhì)從“虛無(wú)”中被創(chuàng)造出來(lái)，從而填補(bǔ)出現(xiàn)的宇宙“間隙”，以維護(hù)宇宙物質(zhì)應(yīng)有的密度。當(dāng)然，還有天文學(xué)家提出了“暗物質(zhì)”理論，他們認(rèn)為，“暗物質(zhì)”能夠促使宇宙在膨脹時(shí)受到自身引力的作用影響，從而形成特定的結(jié)構(gòu)。

宇宙的最終結(jié)局

現(xiàn)代天文學(xué)飛速發(fā)展，天文學(xué)家對(duì)于宇宙大爆炸及其結(jié)局都有了一定的了解，不過(guò)宇宙的最終命運(yùn)仍然是一個(gè)很棘手的問(wèn)題，它會(huì)在“大撕裂”中四分五裂？還是在“大擠壓”中無(wú)限坍縮呢？或者一直膨脹下去，直到所有的宇宙能量都逐漸消逝？

宇宙膨脹何時(shí)才會(huì)結(jié)束，這和宇宙平均密度的大小有著密切的聯(lián)系。如果宇宙的平均密度比臨界密度大，那么宇宙引力將開始占上風(fēng)，膨脹也就此宣告結(jié)束，接下來(lái)宇宙將開始收縮。這時(shí)候的情況就像電影回放一樣，大爆炸發(fā)生后的所有變化都會(huì)反演，所有相互遠(yuǎn)離的星系將開始相互靠攏，宇宙也會(huì)變得越來(lái)越稠密、越來(lái)越熾熱。在坍縮過(guò)程中，星系會(huì)彼此并合，恒星之間的碰撞也會(huì)越來(lái)越頻繁。

當(dāng)然，以上只是天文學(xué)家的設(shè)想，而且只考慮到引力的作用。現(xiàn)實(shí)的情況卻可能更為復(fù)雜，甚至超出了現(xiàn)代人類的認(rèn)知范圍。

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