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宇宙膨胀的原理及途径?
1. 宇宙从大爆炸开始就一直在膨胀,而大爆炸本身是一个超密态的瞬间,称为奇点。
2. 科学已经能够描述奇点后大约1秒钟的宇宙演化,但在这一瞬间之前,宇宙处于无限密实和高温状态,这是现代物理学难以处理的。
3. 标准模型成功地解释了原始氢如何转变成氦以及宇宙中微波辐射的低温,但它无法解释宇宙的起源。
4. 理论家提出,我们的宇宙可能是众多宇宙中的一个,这个想法与暴胀理论相关联。
暴胀理论解决了标准模型难以解释的宇宙平滑性和均匀性问题。
5. 暴胀理论提出,宇宙从一个极小的奇点瞬间开始膨胀,这种膨胀是指数级的,并且从无中产生了有。
6. 量子力学中的测不准原理说明,在微观世界中,粒子的位置和动量无法同时被精确测定。
这导致了一种可能性,即在微小的空间中可以出现物质,只要它能够迅速消失。
7. 根据爱因斯坦的相对论,质量和能量是等价的。
因此,从理论上讲,可以通过量子起伏在真空中产生物质。
8. 量子起伏在量子层面上发生,但理论家认为这些起伏能够产生包含大量物质的宇宙。
9. 宇宙的总引力能与其总质量能相等,因此,宇宙的净能为零。
这意味着宇宙中的所有物质和能量都可能源自量子起伏。
10. 多宇宙理论是现代宇宙学的一个新领域,维仑金提出了颂返平凡原理,探讨了宇宙为何具有特定的自然常数。
11. 这些自然常数,如光速、电子电荷、夸克质量等,对宇宙的结构和生命的发展至关重要。
12. 宇宙常数是爱因斯坦在广义相对论中引入的,用以保持宇宙静态。
但随后的宇宙膨胀观测使这一概念显得多余。
然而,现代宇宙学认为宇宙常数至关重要,它决定了宇宙的真空能量密度。
宇宙膨胀是谁发现的?
从天文学家埃德温·哈勃1929年发现宇宙正在膨胀以来,经典的“创世大爆炸”理论经过了几十年的不断修改。
根据这一理论,宇宙的最终命运将取决于两种相反力量之间的“拔河比赛”的结果。
一种力量是宇宙的膨胀,在已经过去的10O多亿年的时间内,宇宙的扩张始终在使星系之间的距离拉大。
还有一种力量就是这些星系与宇宙中全部其他物质间的万有引力:它好像一个制动器,可以使宇宙扩张的速度渐渐放慢。
其实,这个问题很简单,就像万有引力足够使扩张最终停止,那么宇宙就注定会发生坍缩,并最终变成一个大火球——同创业大爆炸相当,不过过程正好相反的“大崩坠”。
假如万有引力不足以阻止宇宙的待续膨胀,那么它最终将变成一个令人感到“不快”的黑暗和寒冷的世界。
恒星是通过使氢原子核(主要是氢和氦)发生聚变反应形成较重的原子核来产生能量的。
如果恒星内部储存的氢和氦全部消耗完毕之时,而日渐衰老的恒星上燃烧的火焰会因为没有新的原子来替代将近消亡的原子而熄灭。
与此同时,宇宙会慢慢衰变为一个一团漆黑的空间。
宇宙暴涨理论宇宙暴涨理论的出现
宇宙暴涨理论提出,早期宇宙经历了一种超高速膨胀阶段,膨胀速度之快超越了我们的想象。
在这个理论中,如果一个小区域在膨胀前保持了均匀的温度,那么即使膨胀后成为巨大的宇宙,其各处的背景辐射温度也会保持一致。
这种暴涨解决了大爆炸模型中关于背景辐射温度均匀性和磁单极子问题的难题。
磁单极子,理论中预想的一种只有单一磁极的粒子,如果在初期宇宙中大量存在,但在现今宇宙中并未观测到,这在大爆炸模型中是一个未解之谜。
暴涨理论假设,若宇宙经历过暴涨,那么磁单极子的密度会变得极其稀薄,因此我们未能观测到它们就变得合理了。
关于宇宙急剧膨胀的原因,暴涨理论引入了与万有引力抗衡的“排斥力”。
爱因斯坦在广义相对论中曾提出宇宙斥力的概念,以抵消物质引力导致的收缩。
然而,哈勃的观测结果揭示了宇宙的动态性,这迫使爱因斯坦修正了他的理论。
暴涨宇宙论则需要一个在初期宇宙起作用的能量实体,这种能量充满了真空,尽管真空一词通常与“空无”相联系,但在现代物理学中,它并不意味着完全空无。
尽管暴涨理论在解释宇宙膨胀方面取得了成功,但我们尚不清楚导致暴涨的具体“东西”是什么,这仍然是科学探索中的一个未解之谜。
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