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宇宙大爆炸的过程

发布时间:2021-05-18 09:48来源:奇趣网编辑:QiQu阅读: 当前位置:奇趣网 > 科学探索 > 手机阅读

爆炸开始时:约150亿年前,体积无限小,密度无限大,温度无限高,时空曲率无限大的点,称为奇点。空间和时间诞生于某种超时空——部分宇宙学家称之为量子真空(假真空),其充满着与海森堡不确定性原理相符的量子能量扰动。

宇宙大爆炸的过程

大爆炸后10-43秒(普朗克时间):约1032度,宇宙从量子涨落背景出现,这个阶段称为普朗克时间。在此之前,宇宙的密度可能超过每立方厘米1094克,超过质子密度1078倍,物理学上所有的力都是一种。(超对称)在这个阶段,宇宙已经冷却到引力可以分离出来,开始独立存在,存在传递引力相互作用的引力子。宇宙中的其他力(强、弱相互作用和电磁相互作用)仍为一体。

大爆炸后10-35秒:约1027度,暴涨期(第一推动),引力已分离,夸克、玻色子、轻子形成。此阶段宇宙已经冷却到强相互作用可以分离出来,而弱相互作用及电磁相互作用仍然统一于所谓电弱相互作用。宇宙也发生了暴涨,暴涨仅持续了10-33秒,在此瞬间,宇宙经历了100次加倍(2100),得到的尺度是先前尺度的1030倍(暴涨的是宇宙本身,即空间与时间本身,并不违反光速藩篱)。暴涨前宇宙还在光子的相互联系范围内,可以平滑掉所有粗糙的点,暴涨停止时,今天所探测的东西已经在各自小区域稳定下来,而这被称为暴涨理论。

大爆炸后10-12秒:约1015度,粒子期,质子和中子及其反粒子形成,玻色子、中微子、电子、夸克以及胶子稳定下来。宇宙变得足够冷,电弱相互作用分解为电磁相互作用和弱相互作用。轻子家族(电子、中微子以及相应的反粒子)需要等宇宙继续冷却10-4秒才能从与其他粒子的平衡相中分离出来。其中中微子一旦从物质中退耦,将自由穿越空间,原则上可以探测到这些原初中微子。

大爆炸后0.01秒:约1000亿度,光子、电子、中微子为主,质子中子仅占10亿分之一,热平衡态,体系急剧膨胀,温度和密度不断下降。

大爆炸后0.1秒后:约300亿度,中子质子比从1.0下降到0.61。

大爆炸后1秒后:约100亿度,中微子向外逃逸,正负电子湮没反应出现,核力尚不足束缚中子和质子。

大爆炸后10秒后:约30亿度,核时期,氢、氦类稳定原子核(化学元素)形成。当宇宙冷却到109开尔文以下(约100秒后),粒子转变不可能发生了。核合成计算指出,重子密度仅占拓扑平宇宙所需物质的2%~5%,强烈暗示了其他物质能量的形式(非重子暗物质和暗能量)充满了宇宙。

大爆炸后35分钟后:约3亿度,原初核合成过程停止,尚不能形成中性原子。

大爆炸后1011秒(104年),温度约为105开尔文,物质期。在宇宙早期历史中,光主宰着各能量形式。随着宇宙膨胀,电磁辐射的波长被拉长,相应光子能量也跟着减小。辐射能量密度与尺度(R)和体积(4πR3/3)的乘积成反比例减小,即安1/R4减小,而物质的能量密度只是简单地与体积成1/R3反比例减小。一万年后,物质密度追上辐射密度且超越它,从那时起,宇宙和它的动力学开始为物质所主导。

大爆炸后30万年后:约3000度,化学结合作用使中性原子形成,宇宙主要成分为气态物质,并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块,直至恒星和恒星系统。

量子真空在暴涨期达到全盛,之后便以暗能量的形式弥漫于全宇宙,且随着物质和辐射密度迅速减小,暗能量越来越明显。暗能量可能占据宇宙总能量密度的2/3,从而推动了宇宙加速膨胀。

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