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宇宙大爆炸是時(shí)間的起點(diǎn)嗎,?

 wenxuefeng360 2019-10-29

物理學(xué)家的普片觀點(diǎn)是,,時(shí)間開始于大約138億年前的一個(gè)特定點(diǎn),當(dāng)時(shí)整個(gè)宇宙突然從無限熱,、無限密集的奇點(diǎn)中擴(kuò)展出來,,在這一點(diǎn)上,我們理解的物理定律完全崩潰,。這可以被認(rèn)為是宇宙的'誕生',,也是我們所知道的時(shí)間的開始。在大爆炸之前,,沒有空間或時(shí)間,,而且您不能比大爆炸更早地回到過去,就像您不能再向北離開北極一樣,。

宇宙大爆炸是時(shí)間的起點(diǎn)嗎,?

我們可以相當(dāng)精確地模擬自138億年前大爆炸以來宇宙的演化

正如理論物理學(xué)家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在其1988年的《時(shí)間簡史》中指出的那樣,即使時(shí)間不是從大爆炸開始的,,并且還有另一個(gè)時(shí)間范圍,,從那個(gè)較早的時(shí)間范圍內(nèi)我們無法獲得任何信息,并且 屆時(shí)發(fā)生的任何事件都不會影響我們當(dāng)前的時(shí)間范圍,。因此,,大爆炸之前發(fā)生的任何假定事件都可以被認(rèn)為是毫無意義的(或者至少是哲學(xué)思辨的一部分,而不是物理學(xué)),。

大爆炸后的事件

宇宙正在膨脹,,所有的星系都在彼此越來越遠(yuǎn)地移動。事實(shí)上,,我們現(xiàn)在知道,,這種膨脹正在加速和加快(這主要是由于彌漫在宇宙中的神秘暗能量)。如果我們回放這種膨脹的“電影”,,我們會發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間的推移,,宇宙會越來越小,直到最終整個(gè)宇宙的物質(zhì)和能量集中在大約138億年前的微觀點(diǎn)上 ,。

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宇宙的過去、現(xiàn)在,、未來模型

我們可以非常緊密地(至少直到很短的納秒或更短的時(shí)間)對這個(gè)過程進(jìn)行建模,,物理學(xué)家已經(jīng)能夠?qū)⒂钪嫜莼械闹饕录M合在一起,從大爆炸后最微小的一秒開始:

  • 普朗克時(shí)期(大爆炸后的前 5.39 x 10^(-44) 秒) – 在此期間發(fā)生的事件(如果有)必須保持純粹的猜測。
  • 大統(tǒng)一時(shí)期(10^(-43)到10^(-36)秒)-引力力與其他基本力分離,,并創(chuàng)建第一個(gè)基本粒子,。
  • 膨脹時(shí)期(10^(-36)到10^(-32)秒)——宇宙經(jīng)歷一個(gè)極快的指數(shù)膨脹,稱為宇宙膨脹,,任何現(xiàn)有的粒子變得非常稀薄,。
  • 電弱時(shí)期(10^(-36) 至 10^(-12) 秒) – 強(qiáng)大的核力與其他兩種力(電磁和引力)分離,粒子相互作用產(chǎn)生大量奇異粒子,,包括 W 和 Z 玻色子和希格斯玻色子,。
  • 夸克時(shí)期(10^(-12)到10^(-6)秒)-這四種基本力呈現(xiàn)其目前的形式,當(dāng)宇宙冷卻到10萬億度以下時(shí),,夸克、電子和中微子大量形成(盡管大多數(shù)夸克和反夸克在接觸時(shí)相互湮滅,,但剩余的夸克仍然存在,,最終會結(jié)合形成物質(zhì))。
  • 強(qiáng)子紀(jì)元(10^(-6)秒到1秒)–宇宙冷卻到大約1萬億度,,允許夸克結(jié)合形成強(qiáng)子,,如質(zhì)子和中子,電子與質(zhì)子碰撞融合形成中子并釋放出無質(zhì)量的中微子,。
  • 輕子時(shí)代(1到10秒)–大多數(shù)(但不是全部)強(qiáng)子和反強(qiáng)子相互湮滅,,電子和正電子等輕子支配著宇宙的質(zhì)量。
  • 核合成時(shí)代(3分鐘到20分鐘)–宇宙的溫度降到大約10億度,,這樣原子核就可以開始形成,,質(zhì)子和中子融合形成氫、氦和鋰等簡單元素的核,。
  • 光子時(shí)代(10秒到大約24萬年)–宇宙充滿了等離子體,,一種由原子核和電子組成的不透明“熱湯”,宇宙的能量由光子支配,,光子繼續(xù)與帶電的質(zhì)子,、電子和原子核頻繁地相互作用。復(fù)合/去耦(大約24萬到30萬年)–宇宙溫度降到3000度左右,,電離的氫和氦原子捕獲電子,,中和其電荷并將其束縛在原子內(nèi);宇宙最終變得對光透明,,使這成為今天可能觀測到的最早的時(shí)代,。
  • 暗時(shí)代(約30萬至1.5億年)–宇宙實(shí)際上是黑暗的,沒有恒星形成來發(fā)出光,;只剩下非常彌散的物質(zhì),,所有活動都戲劇性地結(jié)束,宇宙被神秘的“暗物質(zhì)”所主宰。
  • 再電離時(shí)代(約1.5億至10億年)–第一類類星體是由引力坍縮形成的,,它們的強(qiáng)烈輻射使周圍的宇宙再電離,,宇宙由中性變?yōu)橛呻婋x的離子體組成
  • 恒星和星系的形成(300 - 5億年后)——宇宙氣體的微小密集云團(tuán)在自身引力下開始崩塌,直到它們觸發(fā)氫原子之間的核聚變反應(yīng),,并產(chǎn)生最初的恒星,,這些恒星逐漸聚集到星系中。太陽系形成(大爆炸后85-90億年)-我們的太陽,,一顆由幾代早期恒星的碎片組成的晚一代恒星,,以及它周圍的太陽系,大約在45-50億年前形成,。

宇宙的終極命運(yùn)

我們的太陽正逐漸變得更大,、更熱、更亮,,地球可能在大約10億年后變得無法居住,。在大約50億年后,我們的太陽預(yù)計(jì)將變成一顆紅巨星,,之后它將逐漸縮小并冷卻成一顆小而密集的白矮星,,并最終變成一顆黑暗、死亡的黑色矮星(大約100億年后),。然而,,宇宙的其余部分將繼續(xù)其膨脹和進(jìn)化。

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宇宙的幾種終極命運(yùn)

物理學(xué)中有幾個(gè)關(guān)于宇宙最終命運(yùn)的可能場景,,取決于宇宙的整體形狀或幾何形狀(即它是平的、開放的還是封閉的),,取決于它所包含多少暗能量(暗能量是一種不可見的,、假設(shè)的形式)具有排斥反引力的能量,滲透到所有空間,,這或許可以解釋最近觀察到宇宙似乎正在以加速速度膨脹的觀測結(jié)果,,以及所謂的'狀態(tài)方程'(這基本上決定了暗能量對宇宙的膨脹有反應(yīng))。在我們能夠以任何確定性對宇宙的未來作出預(yù)測之前,,可能需要在基礎(chǔ)物理學(xué)方面取得進(jìn)一步的進(jìn)展,,但我們?nèi)匀豢梢匝芯靠赡苄浴?/p>

如果沒有暗能量的排斥作用,引力的影響最終將阻止宇宙的膨脹,,并且它將開始收縮,,直到宇宙中的所有物質(zhì)都坍塌到最后的奇點(diǎn),大爆炸的鏡像被稱為'大爆炸'緊縮',。這也提供了一個(gè)振蕩或循環(huán)宇宙,,或'大反彈'的有趣的可能性,,其中大擠壓由新宇宙的大爆炸繼承,等等,,可能無限,,對應(yīng)于時(shí)間的循環(huán)視圖。

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宇宙膨脹的終極幾種模型

如果暗能量引起的宇宙膨脹的加速度無限制地增加,,一個(gè)假設(shè)是暗能量最終可能變得如此強(qiáng)大,以至于它完全壓倒了引力,、電磁和弱核力的影響,。這將導(dǎo)致星系,恒星,,甚至原子本身被撕裂,,也被稱為“大撕裂”。在35到500億年的相對短的時(shí)間范圍內(nèi),,我們所知的宇宙在怪異的引力作用下奇異性結(jié)束,。因此,這個(gè)模型下的時(shí)間本質(zhì)上是有限的,,而不是循環(huán)的或無限的。

然而,,鑒于我們目前對暗能量效應(yīng)不斷增加的了解,,最有可能的情況是,宇宙將繼續(xù)以指數(shù)級加速的速度永遠(yuǎn)膨脹,,最終將空間變成一個(gè)近乎完美的真空,,當(dāng)剩余的物質(zhì)能量變得越來越稀薄時(shí),這種情況被稱為'熱死亡'或'大凍結(jié)',。在10^14年(一百萬億)年或更長時(shí)間內(nèi),,宇宙將在非常接近絕對零度的溫度下達(dá)到最大熵和熱平衡狀態(tài),在溫度非常接近絕對零度時(shí),,宇宙變得太冷,,無法維持任何種類的生命或運(yùn)動。剩下的就是燃燒的恒星,,冰冷的死行星和黑洞最終.

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黑洞蒸發(fā)

在難以想象的10^100年年之后,即使是黑洞也會蒸發(fā)掉,,只留下隨機(jī)的孤立粒子漂浮在虛空中,,幾乎沒有或根本沒有與其他粒子相互作用的可能。此模型的含義是,,雖然時(shí)間在過去是有限的,,但它在未來可能是無限的,盡管在這種情況下,實(shí)際上幾乎不可能進(jìn)行更改,,但是時(shí)間的概念實(shí)際上變得毫無意義,。

一個(gè)無限的、永恒的宇宙的問題是,,即使是最不可能發(fā)生的事情最終也會發(fā)生(不僅會發(fā)生,,而且會發(fā)生無數(shù)次)。在這種情況下,,理論上每一個(gè)事件發(fā)生的可能性都是一樣的,,這實(shí)際上破壞了所有局部實(shí)驗(yàn)概率預(yù)測的基礎(chǔ)。

隨時(shí)間不斷演變的空間

物理學(xué)家拉斐爾·布索和他的合作者認(rèn)為,,解決這個(gè)問題的一個(gè)辦法是得出時(shí)間最終會結(jié)束的結(jié)論,,他已經(jīng)著手計(jì)算在五種不同的截止措施下時(shí)間結(jié)束的概率。其中兩種情況下,,時(shí)間有50%的機(jī)會在37億年內(nèi)結(jié)束,;在另外兩種情況下,時(shí)間有50%的機(jī)會在33億年內(nèi)結(jié)束,;在第五種(可能性小得多)情況下,,時(shí)間尺度非常短,時(shí)間極有可能在下一秒內(nèi)結(jié)束,。在這種假設(shè)的情況下,,時(shí)間的結(jié)束被設(shè)想為類似于外部觀察者對落入黑洞的物質(zhì)系統(tǒng)的描述:一切都將逐漸減速,最終只是停止,。

多元宇宙

宇宙的另一種模型認(rèn)為,,它只是整體多宇宙中可能無限數(shù)量的其他平行宇宙之一(這個(gè)詞實(shí)際上早在1895年由美國哲學(xué)家和心理學(xué)家威廉·詹姆斯(William James)創(chuàng)建)。這種情景實(shí)際上是由許多不同的物理理論,,包括量子力學(xué),,弦理論,膜理論等提出的,,并且越來越被視為一種現(xiàn)實(shí)可能性,,并且可以解決我們當(dāng)前理論中許多不一致和無法解釋的問題。也有人提出,,通過人擇原理(正是人類的存在,,才能解釋我們這個(gè)宇宙的種種特性,包括各個(gè)基本自然常數(shù)),,解釋我們的宇宙,,是如何為我們所知的生命而如此精細(xì)地調(diào)整。

平行宇宙可能存在于與我們自己的宇宙相同的維度空間中,,但超出了我們的宇宙學(xué)視野,;它們可能存在于黑洞內(nèi),;它們可能存在于其他不可訪問的維度中;它們可能非常接近于我們自身,,甚至被鎖定在內(nèi)部或疊加在其他維度上,。其中一些平行宇宙甚至可能有完全不同的物理常數(shù)和物理定律。根據(jù)定義,,盡管如此,,我們只能體驗(yàn)自己的宇宙,而沒有(也永遠(yuǎn)不會)有能力看到其余的多元宇宙或與之互動(或?yàn)榇俗C明存在),, 因此,,它仍然是假設(shè)的。

當(dāng)然,,這種宇宙對時(shí)間也有影響,,也許認(rèn)為時(shí)間和時(shí)間之矢只是時(shí)間概念的局部部分。

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