宇宙真的从一个“奇点”开始?科学家:宇宙暴胀在先,没有奇点!

原标题:宇宙真的从一个“奇点”开始?科学家:宇宙暴胀在先,没有奇点!

138亿年前,我们的宇宙出现在一个“奇点”——一个无限密集、炽热且极其微小的点。在一声巨响后,宇宙开始了。#宇宙大爆炸#

这就是“宇宙大爆炸”理论,大部分宇宙学家和理论物理学家都赞同这一理论,因此也成了宇宙起源和演化的最被接受的宇宙学模型。而且有充分的证据表明,宇宙确实经历了早期的快速膨胀——在万亿分之一秒内,宇宙膨胀了10^78倍。即使是现在,宇宙仍在以不断加速的速度膨胀。

然而,宇宙真的是从一个奇点开始的吗?当科学家逆向推理时,发现我们有一个不同的状态:宇宙膨胀先于并建立了大爆炸的早期、炽热而密集的状态。简单来说,大爆炸不再是宇宙的开始。

宇宙大爆炸理论的一些证据!

大爆炸理论成为解释宇宙起源和演化的主流理论,有很多证据。

首先是哈勃–勒梅特定律,大爆炸本质上是空间本身的膨胀,它确实释放了大量的物质和辐射,接着产生了亚原子粒子和原子。最后引力最终将它们拉在一起,形成了数百万年的恒星和星系。同时定律指出,星系正以与其距离成正比的速度远离地球。而一个星系越远,它的光越红移,它的移动速度就越快。

其次就是宇宙微波背景辐射(CMBR)。在1965年,贝尔电话实验室的两名科学家阿诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)建造无线电接收器时发现存在一些他们无法消除的信号。无论他们将接收器指向哪里,它都会出现,似乎信号从四面八方传来。最终,他们意识到这个信号是宇宙的背景辐射,因此获得了1978年的诺贝尔物理学奖。

其他证据是,宇宙中氦、氢、氘、氚、锂和其他微量元素的含量正是理论上认为的:如果发生大爆炸,宇宙中的氦含量约为25%。事实上,氦占太空中原子的25%。

根据模拟,星系的形成和演化也可以被认为是大爆炸理论的证据,主要是因为它们将自己组织成大型结构的方式,例如星团和超星系团。还有其他证据,但对空间红移、CMBR、大量轻元素和星系演化的观察被科学家称为“大爆炸的四大支柱”。

大爆炸的时间表!

使用大爆炸理论,宇宙可以分为几个发展阶段。

首先,有一个初始奇点,宇宙的所有能量和时空都被“困”在一个极其密集、炽热的斑点中。此时,理论上宇宙仅跨越10^-35米,温度超过10^32°C(普朗克温度)。量子涨落导致了一段超热的宇宙膨胀,被认为是宇宙超快速指数膨胀的开始。

宇宙膨胀也建立了宇宙的初始属性。正是在这些阶段,夸克结合形成强子、电子和质子碰撞形成中子和中微子,中子和中微子重新形成新的质子-电子对等。

随着宇宙进一步冷却,质子和中子被束缚在氢、氦和锂等元素的轻原子核中。这被称为大爆炸核合成(BBN),它发生在大爆炸后大约10秒到20分钟之间。CMBR的中性原子和光子起源较晚,在一个名为“重组”的时期。

大约20分钟后,宇宙的温度和密度已经下降到核聚变无法继续的地步。

随着宇宙的温度和密度继续下降,电离的氢和氦原子捕获电子形成中性原子。随着电子与原子结合,宇宙最终变得对光透明。同时,光子从与电子和质子的相互作用中释放出来,可以自由移动。我们可以在CMBR中检测到的正是这些光子。

接着到了一个通常被称为“黑暗时代”的时期,因为此时第一个原子已经形成,但它们还没有合并成恒星。尽管存在光子,但没有恒星可以发出可见光。直到大爆炸后大约4亿年,第一颗恒星形成为止,它一直保持这种状态,这一时期也称为再电离。

此时,较稠密的气体区域在自身引力的作用下坍塌,变得稠密和热到足以引发氢原子之间的核聚变反应,形成恒星和星系。这种恒星形成发出的紫外线使周围的中性氢气重新电离,使宇宙对紫外线变得透明。较大的恒星是短暂的,随着时间的推移,较小的恒星会形成,而更大体积的物质会坍缩形成星系、星团和超星系团。

然后到了现在,宇宙加速膨胀,这是一个宇宙加速期 ,更远的星系正在以更快的速度后退。根据一些计算,我们在大约50亿年前就进入了这个时期。

宇宙暴胀在先,大爆炸在后?

我们当下“可观测的宇宙”是冷的、扩散的和膨胀的,而在数十亿年前,可观察到的宇宙更年轻、更密集、更热。如果我们可以将大爆炸追溯到大约 138 亿年前,一直追溯到宇宙不到 1 秒的时候,我们会发现什么呢?

这时我们会发现一个问题,如果宇宙是从一个奇点开始的,那么它一定是在其中的“物质”,物质和能量的结合精确到平衡膨胀率的情况下出现。假如物质再多一点点,初始膨胀的宇宙现在已经重新坍缩;而假如物质稍微少一点,膨胀速度太快,以至于宇宙会变得更大。但科学家观察到的是,宇宙的初始膨胀率以及其中的物质和能量总量达到了“完美平衡”。

如果大爆炸是从一个奇点开始的,并且宇宙在过去达到了任意高温,那么我们今天可以观察到许多明确的迹象。大爆炸的余辉中会有温度波动,其幅度会非常大,我们看到的波动会受到光速的限制。同样,一个达到任意高温的宇宙预计会拥有剩余的高能遗迹,如磁单极子,但我们没有观察到任何遗迹。

因此有人提出了“暴胀理论”。

根据暴胀理论,宇宙是在一种不稳定的能量状态下产生的,这迫使宇宙在其早期迅速膨胀。在大爆炸初期,宇宙经历了一次非常迅速的膨胀,约从10^33秒开始,宇宙膨胀了10^26倍,相当于从一个原子状态膨胀到一个星系的规模

相比大爆炸理论,暴胀理论解释了天文观测中发现的一些令人费解的特征,其中包括宇宙在大尺度上奇特的几何平坦度、宇宙遥远角落之间的明显联系以及绝对缺乏奇异的单极子等问题。换句话来说,大爆炸理论能解释和不能解释的问题,暴胀理论都能解释。

这样就会出现一个有意思的事情,如果根据暴胀理论往回推理,空间也只会接近无限小的尺寸和无限的温度和密度;它永远不会到达它。这意味着,暴胀不是不可避免地导致奇点,而是绝对不能达到奇点。

结语:

事实上,宇宙在暴胀之前是什么样,这是科学家无力解释的谜。而宇宙在暴胀之后才是一切的开始,才是我们所谓的“大爆炸”。但如果从那一刻再往前推理,就只能通过广义相对论,从数学上推出一个“奇点”——源于使用爱因斯坦的引力方程,没有任何物理意义。我们只需知道一点,宇宙是不断膨胀的。返回搜狐,查看更多

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