(圖片來源:科學照片庫/蓋蒂)
一開始,什麼都沒有。。。
然後,大約137億年前,宇宙形成了。
我們仍然不知道發生這種情況的確切條件,以及之前是否有時間。但是,利用望遠鏡的觀測和粒子物理學模型,研究人員已經能夠拼湊出宇宙中重大事件的粗略時間表。在這裡,我們來看看我們宇宙的一些最重要的歷史時刻,從它的嬰兒期到最終的死亡。
大爆炸
這一切都始於大爆炸,大爆炸“是一個時間時刻,而不是空間中的一個點,”加州理工學院的理論物理學家肖恩卡羅爾告訴Live Science。
具體來說,這是時間本身開始的那一刻,也是所有後續瞬間被計算出來的那一刻。儘管有眾所周知的綽號,但大爆炸並不是真正的爆炸,而是宇宙非常熱和密集的時期,空間開始同時向各個方向膨脹。雖然大爆炸的模型指出宇宙是一個無限小的無限密度點,但這只是一種簡單的說法,我們不太清楚當時發生了什麼。數學無窮大在物理方程中沒有意義,所以大爆炸實際上是我們目前對宇宙的理解崩潰的點。
宇宙暴脹時代
(圖片來源:歐空局/普朗克合作)
宇宙的下一個訣竅是變得非常大,非常快。在大爆炸後的前0.0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001秒,這個被稱為暴脹的時間仍然是假設的,但宇宙學家喜歡這個想法,因為它解釋了為什麼儘管相隔很遠的空間區域看起來如此相似。早在2014年,一個團隊就認為他們已經從早期宇宙的光中發現了這種膨脹的信號。但後來的結果被證明是更平凡的東西:干擾星際塵埃。
夸克-膠子等離子體
在時間開始後的幾毫秒,早期的宇宙真的很熱。我們談論的是7萬億到10萬億華氏度(4萬億和6萬億攝氏度)之間的高溫。在這樣的溫度下,稱為夸克的基本粒子,通常緊緊地結合在質子和中子內部,自由地四處遊盪。膠子攜帶着一種稱為強力的基本力,與這些夸克混合在滲透宇宙的湯狀原始流體中。
研究人員已經設法在地球上的粒子加速器中創造了類似的條件。但是,這種難以實現的狀態只持續了幾分之一秒,無論是在地球原子粉碎器中還是在早期宇宙中。
宇宙早期
(圖片來源:蓋蒂)
在這個階段粒子有很多行動,大約在大爆炸後的千分之一秒開始。隨着宇宙的膨脹,它冷卻了,很快條件就足夠好,夸克聚集成質子和中子。大爆炸後一秒鐘,宇宙的密度下降到足以使中微子,最輕和相互作用最少的基本粒子, 可以向前飛翔而不會擊中任何東西,從而產生所謂的宇宙中微子背景,科學家們尚未檢測到。
第一個原子
(圖片來源:蓋蒂)
在宇宙生命的前3分鐘,質子和中子融合在一起,形成了一種稱為氘的氫同位素,以及氦和少量的一個最輕的元素鋰。但一旦溫度下降,這個過程就停止了。
最後,在大爆炸後38萬年,此時的宇宙足夠涼爽,氫和氦可以與自由電子結合,產生第一個中性原子。以前進入電子的光子現在可以不受干擾地移動,從而產生宇宙微波背景(CMB),這是這個時代的遺物,於1965年首次被發現。
宇宙黑暗時代
在很長一段時間裡,宇宙中沒有任何東西發出光。這一時期持續了大約1億年,被稱為宇宙黑暗時代。這個時代仍然非常難以研究,因為天文學家對宇宙的了解幾乎完全來自星光。沒有任何可以發光的星體,很難知道發生了什麼。
第一顆星星
(圖片來源:雙子座天文台/AURA/NSF/馬蒂亞·裡布拉托,太空望遠鏡科學研究所)
到大爆炸後大約1.8億年,氫和氦開始坍縮成大球體,在其核心中產生地獄般的溫度,這些溫度成功點亮第一批恆星。
宇宙進入了一個被稱為宇宙黎明或再電離的時期,因為早期恆星和星系輻射的熱光子將星際空間中的中性氫原子分解成質子和電子,這一過程被稱為電離。至於電離究竟持續了多長時間是很難說的。因為它發生得太早了,它的信號被後來的氣體和塵埃所掩蓋,所以最好的科學家可以說,它在大爆炸後大約5億年就結束了。
大規模結構
(圖片來源:美國宇航局)
這就是宇宙開始運行的地方,或者至少是我們今天所知道的熟悉的運行。小的早期星系開始合併成更大的星系,在大爆炸後大約10億年,超大質量黑洞在其中心形成。明亮的類星體,產生強烈的光信標,從120億光年遠的地方就可以看到。
宇宙的中年
(圖片來源:歐空局/健康保險協會和友好金融機構財團)
在接下來的幾十億年里,宇宙繼續演化。來自原始宇宙的較高密度地點在引力作用下將物質吸引到自身。它們慢慢地生長成星系團和長長的氣體和塵埃鏈,產生了一個美麗的絲狀宇宙網,今天也可以看到。
太陽系的誕生
(圖片來源:美國宇航局/噴氣推進實驗室)
大約45億年前,在一個特定的星系中,一團氣體坍縮成黃色的恆星,周圍有一個環系統。這些環合併成八顆行星,加上各種彗星,小行星,矮行星和衛星,形成了一個我們熟悉的恆星系統。距離中心恆星的第三顆行星在這個過程之後保留了大量的水,也可能是彗星後來提供了大量的冰和水。
地球與人類
(圖片來源:蓋蒂)
在第三個水的世界裡,在38億到35億年前(取決於你問誰),微小的,簡單的微生物眨眼就出現了。這些生命形式出現並進化成奇妙的海怪和巨大的食葉恐龍。最後,大約在20萬年前,出現了直立行走的生物,它們能夠驚嘆於我們這個神秘的宇宙,並發現整個宇宙是如何形成的。
結束了?或者沒有?
(圖片來源:快門)
當然,這並不是事情的結束。
物理學家仍然不太清楚宇宙將會發生什麼。這取決於暗能量的細節,暗能量是一種神秘力量,其特性還沒有得到很好的測量。在一個可能的未來,宇宙將繼續永遠膨脹,足夠長時間,所有星系中的所有恆星將耗盡燃料,甚至黑洞也將蒸發成虛無,留下一個死的宇宙,充滿惰性的能量。或者,引力最終會克服暗能量的擴張力,將所有物質拉回一起,形成一種被稱為大收縮的反向大爆炸。或者,暗能量可以加速一切與其他一切越來越遠的距離,形成所謂的大撕裂,在這個過程中,宇宙真的會撕裂自己。