我们看到了宇宙诞生的最初瞬间
宇宙的起源与演化

宇宙的起源与演化人类自古便对浩瀚的星空抱以无限的好奇与敬畏,而宇宙的起源与演化更是科学家们研究的重要课题。
通过天文望远镜和粒子加速器等先进设备,我们得以窥见宇宙的过去与未来。
宇宙的故事始于大约138亿年前的一次“大爆炸”,即宇宙起源之时。
据当前的宇宙学理论,那时的宇宙处于极热、极密集的状态,空间本身在不断扩张。
从一个无法想象的微小点出发,宇宙开始膨胀,温度逐渐下降,基本粒子开始形成,最初的元素氢和氦在宇宙中弥漫开来。
随着宇宙的扩张,引力开始发挥作用,物质逐渐凝聚成团,形成了第一代的星系和恒星。
这些恒星是真正的化学工厂,它们通过核聚变反应产生更重的元素,如碳、氧、铁等。
当这些巨大的恒星耗尽了它们的核燃料后,会以壮观的超新星爆炸结束自己的生命,将重元素散布到宇宙各处。
新生的星系常常伴随着强烈的恒星形成活动,这些恒星群聚在一起,通过彼此间的引力相互作用,逐渐稳定下来形成稳定的星系。
我们的银河系便是这样一片繁星点点的岛屿,广袤无垠的宇宙中藏匿着无数类似的岛屿。
在这些星系中,恒星的形成和死亡不断循环,而行星系统也在这一过程中形成。
地球就是在这样的环境里诞生的,它所处的太阳系位于银河系的宜居带内,有利于液态水的存在,这是生命之源。
未来的宇宙仍将继续变化。
星系之间的相互引力作用将导致它们相互靠近,最终可能合并。
同时,宇宙的扩张正在加速,这将使得星系之间的距离越来越远。
数万亿年后,宇宙可能会变得寒冷而孤独,恒星之间的距离遥远到难以想象,宇宙热量的流失将导致能量的耗尽,可能迎来一个黑暗而寂静的终结。
探索宇宙的起源与演化不仅是为了满足我们对未知的好奇心,更是为了更好地理解我们自己的起源以及我们在这个广阔宇宙中的位置。
科学的进步让我们能够逐步揭开宇宙的神秘面纱,每一次的发现都深化了我们对宇宙故事的理解,也许有一天,我们能彻底明了宇宙的全部奥秘。
宇宙的演变发展过程50字

宇宙的演变发展过程50字
(最新版)
目录
1.宇宙的初始状态
2.宇宙演化过程中的关键事件
3.恒星和行星的形成
4.生命的诞生
5.反物质的存在和湮灭
6.宇宙的现状和未来发展
正文
宇宙的演变发展过程可以追溯到宇宙的初始状态,即最初的运动单元——运动子。
在万有力作用下,运动子结合生成以太粒子,随后以太粒子在万有力作用下形成湍流。
这个过程中,类星体就是以太湍流,在万有力作用下发生以太聚变,生成基本粒子、质子、中子以及氢元素、氦元素等轻元素,同时释放巨大能量。
随着湍流活动的减弱,类星体逐渐演化成漩涡星系。
在漩涡星系中,气体星云在万有力作用下聚合生成恒星。
恒星通过核聚变反应生成重元素,同时释放巨大能量,形成我们看到的闪闪星光。
在宇宙演化过程中,反物质的存在也是一个重要问题。
以太粒子是正物质,反粒子在以太粒子中容易发生衰变。
在类星体的以太聚变过程中,生成的大量粒子(包括反粒子)都被淘汰而湮灭了。
成功生存下来的中微子、电子、质子、中子相结合构成原子,演化出了正物质世界。
因此,我们的宇宙是正物质构成的宇宙,可能没有由反物质构成的恒星和星系。
在太阳这颗恒星诞生后的 50 亿年时间里,地球这颗行星诞生,并演化出生命。
如今,我们可以看到银河系中心仍在生成反物质,但都会与正
物质相作用而湮灭掉。
宇宙的起源与发展

宇宙的起源与发展亿万年前,宇宙从一次巨大爆炸开始诞生。
这次爆炸被称为“大爆炸理论”,是宇宙学中最重要的理论之一。
大爆炸后,宇宙开始膨胀,并经历了多次演化和变革,逐渐成为我们所见到的宇宙。
宇宙的起源是一个令人费解的问题,科学家们正在努力寻找答案。
目前,大爆炸理论被广泛接受,认为宇宙起源于一个极为热密的点,即“奇点”。
奇点瞬间爆发,释放出巨大的能量和物质,并开始膨胀。
在膨胀的过程中,宇宙逐渐冷却,能量稀释,物质开始聚集形成星系、恒星和行星等天体。
随着宇宙的膨胀,星系和星云开始形成。
星系是宇宙中最大的结构,由数十亿颗恒星以及星际物质组成。
而星云则是星系中的云状物质,在引力的作用下逐渐凝聚形成恒星。
恒星是宇宙中最常见的天体,它们通过核聚变反应产生热和光,为宇宙提供了能量和光线。
除了恒星,宇宙中还存在各种各样的天体。
行星是围绕恒星运行的天体,它们根据距离恒星的不同分为内行星和外行星。
内行星主要由岩石和金属组成,而外行星则由气体和冰体构成。
行星的形成是一个漫长而复杂的过程,通常涉及原始星云的尘埃聚集和碰撞等过程。
宇宙中还有其他种类的天体,如黑洞、脉冲星和星际云等。
黑洞是宇宙中最神秘和吸引人的物体之一,它的引力非常强大,甚至连光都无法逃逸。
脉冲星是由一颗高速旋转的中子星形成的,它们会产生定期的脉冲信号。
星际云则是宇宙中分布广泛的气体和尘埃云,它们是新的恒星和行星形成的孕育之地。
宇宙的发展是一个长期的过程,它经历了无数次的演化和变革。
在宇宙中的星系不断形成和合并,恒星诞生和死亡,行星演化和气候变化。
这些过程塑造了宇宙的现在和未来。
总结起来,宇宙的起源和发展是一个引人入胜的话题。
大爆炸理论为我们提供了对宇宙起源的初步了解,而恒星、行星和其他天体的形成则揭示了宇宙的进化过程。
随着科学研究的不断推进,我们对宇宙的认识将会更加深入,解开更多的谜团。
让我们拭目以待,继续探索宇宙的奥秘。
宇宙的起源;宇宙是如何形成的(宇宙是如何起源的)

宇宙的起源;宇宙是如何形成的
宇宙的起源一直是人类探索的重要课题,关于宇宙是如何形成的,科学界有着多种理论和假说。
在这篇文章中,我们将探讨几种主要的宇宙起源理论,以及它们对我们对宇宙起源的认识所产生的影响。
大爆炸理论是目前被广泛接受的宇宙起源理论之一。
根据这一理论,宇宙起源于约138亿年前的一次巨大爆炸,从一个极其高温高密度的状态开始膨胀。
随着时间的推移,宇宙逐渐冷却下来,并形成了我们今天所看到的星系、星云和行星等天体。
这一理论得到了大量观测数据的支持,成为解释宇宙演化的基础。
除了大爆炸理论,还有一种被称为“引力波”理论的宇宙起源假说。
根据这一假说,宇宙的形成是由于引力波在虚空中的振动引起的。
这些引力波的涟漪效应导致了宇宙的膨胀和演化。
虽然这一理论还在不断的观测和研究中,但已经引起了科学界的广泛兴趣。
此外,量子力学也提供了对宇宙起源的独特视角。
量子力学认为,宇宙的起源可能与虚空中的能量涌现和湮灭有关。
在量子尺度下,虚空并非空无一物,而是充满了各种粒子和能量波动。
这些微观的过程可能导致宇宙的产生和演化,为我们揭示了宇宙的更深层次。
综合来看,宇宙的起源是一个令人着迷的课题,各种理论和假说为我们提供了多种角度去理解宇宙的形成。
随着科学技术的不断进步和观测手段的提升,我们相信对宇宙起源的认识将会不断深化和完善,带给我们更多关于宇宙奥秘的启示。
愿人类的探索精神永不止步,揭开宇宙起源的神秘面纱,迎接更加辉煌的未来。
宇宙是怎样产生的(宇宙是怎样形成的)

宇宙是怎样产生的
宇宙是我们所知道的一切事物的总和,包括无数恒星、行星、星系和星云等。
但是,宇宙并不是一开始就存在的,而是经过了一个漫长的历史过程才得以形成。
根据科学家们的研究,宇宙的产生始于大约138亿年前的一次巨大爆炸,被称为“宇宙大爆炸”(Big Bang)。
在这次爆炸中,宇宙以极高的温度和密度的形式诞生,并迅速膨胀和冷却。
在宇宙大爆炸之后的几秒钟内,宇宙中的基本粒子开始形成,包括质子、中子和电子等。
在接下来的数百万年里,这些基本粒子逐渐结合起来形成了氢和氦等原子。
由于宇宙在创世时处于非常高的密度状态,因此它的原始状态非常均匀。
但随着时间的推移,宇宙开始出现微小的不平衡,这些不平衡最终导致了星系和星云的形成。
在宇宙形成的过程中,引力发挥了至关重要的作用。
由于宇宙中的物质密度不均,物质之间的引力作用使得大量的气体和尘埃聚集在一起,并形成了巨大的星系和行星等天体。
总之,宇宙的产生是一个复杂而漫长的历史过程。
从宇宙大爆炸开始,经过数十亿年的漫长时期,宇宙逐渐形成了我们所知道的丰富多彩的宇宙景象。
这个充满奥秘和美丽的宇宙,将永远是人类探索和研究的对象。
宇宙的由来主要内容

宇宙的由来主要内容宇宙的由来是一个古老而富有神秘的课题,自古以来就吸引着人类的好奇心。
科学家通过观测、实验和理论推演,逐渐揭示了宇宙的起源和演化。
根据大爆炸理论,宇宙的诞生可以追溯到约138亿年前,当时整个宇宙被认为是一颗异常炽热、异常致密的"原点"。
在这个原点发生了一次巨大的爆炸,释放出了巨大的能量和物质。
这就是人们所熟知的大爆炸。
大爆炸导致了宇宙的急剧膨胀,物质和能量开始扩散并逐渐冷却。
随着时间的推移,宇宙逐渐变得稀薄,原始的物质逐渐凝聚形成了恒星和星系。
恒星通过核聚变产生了更多的元素,包括氢和氦等基本元素。
随着时间的推移,恒星的演化导致了更复杂的过程。
恒星内部的核聚变反应使得更重的元素,如碳、氧、铁等逐渐形成。
当恒星耗尽其核燃料时,它们会经历一系列的演化阶段,最终可能形成超新星爆发或黑洞。
恒星的生命周期结束时,它们会释放出巨大的能量和物质,这些物质会进一步融入宇宙中,形成新的恒星和行星系统。
这样的生命周期反复出现,宇宙中的物质逐渐丰富和多样化。
在宇宙的长期演化中,星系聚集形成了星系团、星系超团等更大的结构。
宇宙也经历了一系列的演化过程,包括暗物质和暗能量的发现以及宇宙的加速膨胀。
然而,宇宙的最终命运仍然存在争议。
一种可能的情景是宇宙会继续膨胀并逐渐冷却,最终陷入永恒的黑暗。
另一种可能是宇宙会经历一次大收缩,形成一个新的大爆炸,这被称为大撞击理论。
尽管我们对宇宙的起源和演化有了一些了解,但宇宙的大部分依然是未知的。
科学家们仍在不断地探索、研究和提出新的理论,以解开宇宙的终极奥秘。
通过深入的观测、实验和推论,我们可以更深入地了解宇宙的奥秘,从而更好地理解我们自身的存在。
宇宙大爆炸:了解宇宙诞生的奥秘

1.介绍宇宙的起源一直是人类探索的重要领域之一。
在过去的几十年中,科学家们对宇宙诞生的理解不断深化。
现代宇宙学理论普遍认为,宇宙的起源始于一个被称为“大爆炸”的事件,也就是宇宙最初的时刻。
但是,这个事件究竟是如何发生的呢?在这篇文章中,我们将会探索宇宙大爆炸的奥秘。
2.宇宙的起源在20世纪初,爱因斯坦提出了广义相对论,这个理论描述了时空的弯曲和变形。
在此基础上,科学家们开始尝试利用这个理论来理解宇宙的起源。
他们发现,如果宇宙是由一个极度密集的点爆炸而成的,那么这个模型可以解释很多宇宙学观测结果。
3.大爆炸的证据目前,宇宙大爆炸的证据有很多,以下是其中一些:-宇宙背景辐射:这是由于宇宙大爆炸后残留下来的光辐射,在可见光谱外的微波段被探测到。
这个辐射的存在是宇宙大爆炸理论最大的支持证据之一。
-宇宙膨胀:我们观测到宇宙中的星系正在相互远离,这是由于宇宙在大爆炸后开始膨胀导致的。
-元素丰度:宇宙中氢、氦和少量的锂元素是通过核合成产生的,这个过程只能发生在极端高温高压的条件下,而这些条件只有在宇宙大爆炸后才存在。
4. 大爆炸的过程现代宇宙学理论认为,宇宙大爆炸是一个极其短暂的事件,持续时间约为10^-32秒。
在这个瞬间,宇宙从一个无限热密度的点膨胀为一个无限大的空间。
大爆炸后,宇宙开始以不断加速的速度膨胀,这个膨胀过程被称为宇宙膨胀。
5. 大爆炸后的宇宙在宇宙大爆炸后,宇宙经历了一系列演化过程。
在宇宙膨胀的过程中,温度逐渐降低,物质开始凝聚形成原子、恒星和星系。
这个过程持续了数十亿年,直到今天的宇宙状态。
6. 结论在过去的几十年中,科学家们通过不断的观测和实验,对宇宙大爆炸的理解不断深化。
现代宇宙学理论认为,宇宙大爆炸是宇宙诞生的起点,这个事件启动了宇宙的演化进程。
虽然我们仍有很多未知的领域需要探索,但是我们相信随着科技的不断进步,我们将会对宇宙诞生的奥秘有更深入的了解。
宇宙的形成与演化

宇宙的形成与演化宇宙是一个庞大而神秘的存在,它的形成与演化一直是人类探索的重要课题。
通过观测和研究,科学家们逐渐揭开了宇宙的面纱,但仍有许多谜团有待解开。
宇宙的形成可以追溯到大约138亿年前的一次巨大的爆炸事件,被称为“大爆炸”。
在这次爆炸中,宇宙从一个极其高温、高密度的状态开始膨胀。
随着时间的推移,宇宙逐渐冷却,物质开始凝聚形成原子,从而形成了最早的星系和星云。
在宇宙的演化过程中,星系是一个重要的组成部分。
星系是由恒星、行星、气体和尘埃等构成的庞大天体系统。
我们所熟知的银河系就是一个典型的星系,它包含了数百亿颗恒星和大量的行星。
而宇宙中存在着无数个星系,它们以各种形式和结构存在着,如椭圆星系、螺旋星系和不规则星系等。
恒星是星系中最为重要的成员之一。
恒星是由气体的引力收缩而形成的,当气体的密度和温度达到一定程度时,核聚变反应开始发生,恒星开始释放出巨大的能量。
恒星的寿命与其质量有关,质量较小的恒星可以燃烧数十亿年,而质量较大的恒星则会经历更短暂的生命周期。
当恒星的核燃料耗尽时,它们会经历一系列的演化过程,最终可能发生引力坍缩,形成黑洞或中子星等致密天体。
除了恒星,宇宙中还存在着各种各样的天体,如行星、星云和彗星等。
行星是围绕恒星运行的天体,它们的形成与恒星的原始盘和行星系统的演化有关。
星云是由气体和尘埃组成的巨大云状结构,它们是恒星形成的孕育之地。
彗星则是一种由冰和尘埃组成的天体,它们在宇宙中漫游,当接近恒星时,冰会蒸发形成明亮的尾巴。
宇宙的演化过程中还存在着一些未解之谜。
例如,暗物质和暗能量的存在仍然是一个谜团。
暗物质是一种不与电磁波相互作用的物质,它在宇宙中占据着很大的比例,但我们至今无法直接观测到它。
暗能量则是一种导致宇宙加速膨胀的力量,它的本质和起源仍然不为人类所知。
总的来说,宇宙的形成与演化是一个复杂而精彩的过程。
通过观测和研究,我们对宇宙的认识不断深化,但仍有很多问题有待解决。
未来,科学家们将继续努力,通过各种手段来揭示宇宙的奥秘,为人类带来更多关于宇宙的知识。
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我们看到了宇宙诞生的最初瞬间2014-05-23 09:02:47 出处:果壳网编辑:萧萧作为这次发现原初引力波的BICEP系列望远镜研究团队的成员之一,应果壳网的邀请匆匆写下这篇随笔,希望能够帮助大家了解如何通过观测“宇宙微波背景辐射”来探测宇宙诞生之初产生的引力波信号,理解这个发现对于人类认知宇宙的深远意义。
当然,顺便讲讲发现历程背后的一点点故事。
天文学的研究不仅仅是满足天文学家自己的好奇心。
匆忙奔波的生活,偶然间听到关于这个宇宙中发生的新奇的事情,远离尘嚣,想象一下地球之外横跨亘古的变迁,或许你会觉得是一件有趣的事情。
10年来忙于各种科研工作,除了最近给《科学美国人》(Scientific American)撰写了一篇有关银河系费米气泡的英文介绍外,还从来没有认真地写过中文的科普文章。
时间有限,不妥之处请大家批评指正。
这段引言是成文后加上的——对,就像科学论文总是最后撰写论文摘要一样——你往往会发现,计划写的和最终写出来的,很多时候并不是一回事情。
2014年3月17日,哈佛-史密松天体物理研究中心的菲利普报告厅内坐无虚席,成千上万的天文学家和公众通过网络直播焦急地等待着,等待着见证观测宇宙学又一个划时代的发现。
中午12点整,项目负责人之一、我曾经的博士导师约翰·科瓦克(John Kovac)开始介绍此次跟原初引力波直接相关的宇宙微波辐射信号的观测结果,以及专门设计建造的核心探测装置:第二代BICEP南极望远镜。
位于南极极点附近的第二代BICEP望远镜(右侧建筑楼顶的碗状物),捕捉到了宇宙诞生后最初瞬间留下的印迹。
图片来源:Keith Vanderlinde/Handout/Reuters不得不说,这是一个历史性的时刻。
在不到一天的时间里,全球超过350万人尝试登陆哈佛网络直播平台,希望第一时间得知新闻发布会的细节,以至于哈佛完善的网络平台彻底崩溃——我想很少有一个科学发布会会引起几乎整个科学界甚至公众的震撼。
作为宇宙中稀有的智慧生命的我们,窥探到了宇宙诞生后最初的一瞬间留给后人的信息——请相信我,作为智慧生命的种群,生活在这样的一个宇宙中,真的是一件非常幸福,更是幸运的事情。
低调造访就在新闻发布会的大约一周前,美国麻省理工学院教授阿兰·古斯(Alan Guth)收到一封电子邮件。
内容大概是这样的:“尊敬的古斯教授,我们发现了一件有趣的事情,这个发现跟我的研究和你的研究都有关系。
但是我还不能告诉你具体是什么内容。
我希望能够尽快拜访你——这件事还是稍微有那么一点着急的,期盼你的回复。
另外,出于保密的原因,请不要跟任何人提起我跟你联系见面这件事情,谢谢。
”邮件的落款人,正是哈佛大学的约翰·科瓦克。
看到这封邮件,阿兰立刻猜到了可能会是什么事情。
这是他盼望了30多年的一个信号,一个来自于宇宙诞生时候的关键信号。
他在1980年提出过一个关于宇宙诞生时期的理论,而那个信号正是这一理论的关键预言!不过,在这个时候,快70岁的阿兰还没有想象的那么兴奋。
实际上,人们试图寻找这个信号已有多年时间,就算这个叫科瓦克的家伙声称看到了什么,估计也是那种好像“有点东西”,但又不那么确定的结果。
就像两年前欧洲核子中心(CERN)发现希格斯粒子那样,最先他们看到的也只是一个3个sigma左右的信号。
这是科学家用来判定结果在统计上是否靠谱的一种说法。
用听得懂的中文来说,就是这个结果仍有千分之几的概率可能是错的。
虽然听起来这已经是一个很小的数字,但其实科学史上出现过很多“号称”只有千分之几会错的东西,后来都证明是错的。
人们往往会过于自信地估计他们寻找到的信号的真实性。
所以,对于这种往往雷声大雨点小的信号,“久经考验”的阿兰已经习惯了。
见面被安排在第二天,麻省理工学院物理系古斯的办公室。
出于保密的原因,穿着低调的科瓦克悄悄地进入物理系侧门,被人带到古斯办公室的后门。
如果被人们看到行事低调、不常到麻省理工学院的科瓦克专程来找古斯,聪明的圈内人几乎都能猜到原因——他不希望泄露任何蛛丝马迹。
科瓦克掏出他们准备发表的几近完成论文的样稿,古斯当时就惊呆了。
是的,这跟他当初想象的完全不一样,这不是一个3个sigma的信号,而是超过5个sigma——这意味着,统计上出错的概率只有大约千万分之一。
按照传统的物理学发现的统计标准,“这就是一个发现,一个大发现!”阿兰激动万分,很长时间后才稍稍平静下来,开始询问科瓦克研究的细节。
然后,他们开始商量如何把这个惊天的大发现公诸于世。
这就是后来科瓦克在新闻发布会上公布的结果:他们探测到了来自宇宙极早期暴胀过程产生的、宇宙微波背景辐射特殊的B模式极化信号。
这个信号名字有点长,我们不妨简单称之为“B模式”。
这是宇宙早期引力波存在的直接证据,是暴胀理论的关键性预言,其意义与发现宇宙加速膨胀一样具有里程碑式的意义!3月17日,美国哈佛-史密松天体物理中心召开新闻发布会,约翰·科瓦克(右1)宣布,他们探测到了来自宇宙极早期暴胀过程产生的、宇宙微波背景辐射特殊的B模式极化信号。
图中科学家从右向左,依次为约翰·科瓦克、郭兆林(Chao-Lin Kuo)、杰米·博克(Jamie Bock)和克莱姆·派克(Clem Pryke)。
图片来源:哈佛-史密松天体物理中心那么,这个B模式信号到底是什么呢?让我们从宇宙微波背景辐射和宇宙暴胀理论谈起。
宇宙微波背景辐射让我们想象自己是两千年前的哲学家,开始思考并询问自己这样的问题:我们存在的世界是如何起源的?我们从何处来?又向何处去?关于后者的回答,我想大概会贯穿人类未来文明的发展,而对于前者的追溯,考古学式的研究模式让我们总有机会对宇宙过去发生的事情说点什么——尤其是宇宙诞生之初,那实实在在的一瞬。
今天我们对宇宙最基本的认识就是,宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸。
看过《生活大爆炸》片头的人都知道:我们整个宇宙诞生之初温度密度极高,随着不断地膨胀,宇宙慢慢地冷却。
在最初的大约38万年中,宇宙的平均温度在几万度以上,宇宙的主要组分——质子和电子,一直处于游离状态,没有形成氢原子。
因为它们一旦结合成氢原子,马上就会被周围处在“热汤”中的高能光子打散。
这样专门拆散别人结合的光子有很多,多到每一对质子电子周围就有几十亿个光子等着要拆散他们。
所以很不幸,在漫长的数十万年中,质子和无数电子相见,却一直不能相聚。
然而,情况在宇宙年龄到了38万年的时候发生了本质性的改变。
此时,宇宙的平均温度已经降到足够低,几十亿个光子中拥有足够能量去拆散一对质子电子的数目已经所剩无几。
同时,随着宇宙密度的下降,光子能够撞到电子的概率也变得微乎其微。
这些为数众多的光子突然变成了无关紧要的背景,此后几乎不再被宇宙中发生的任何事情所影响。
这些光子在宇宙中孤独穿行,携带着宇宙创生之初的关键信息——就像给大爆炸后38万年的宇宙拍了一张快照。
随着宇宙的膨胀,它们的能量越来越低。
直至今天,等效的辐射温度降到大约零下270℃,正好对应于我们熟知的微波波段。
这些光子,被人们称为宇宙微波背景辐射。
可以说,上世纪60年代宇宙微波背景辐射的发现,是现代宇宙学开启的标志。
它的发现证实了宇宙大爆炸理论,从此整个宇宙诞生以来的所有细节,变成了一门严肃的学科,被认真地研究和讨论。
然而,也正是宇宙微波背景辐射,对大爆炸理论本身提出了一道难题。
我们知道,光速是宇宙中信息传递的极致,两个时空点之间如果连光都无法企及,那这两点发生的任何事情,都应该没有关联才对——因为双方都无法知道对方是什么状况。
那么,在宇宙诞生38万年的时候,光一共能跑多远呢?直观一些讲,把这个距离投影在天空中,张角不过1°左右——只有两个满月并排起来那么宽。
这样,问题就来了。
从天空各个方向看到宇宙微波背景辐射,原则上可以千差万别,因为它们之间本该来不及传递任何信息才对。
为什么我们实际观测的结果却是各个方向惊人地相同呢?这就是所谓的“视界困难”。
暴胀假说正是为了解决这一难题,前面提到的阿兰·古斯在1980年提出了这样一种可能性:在宇宙诞生最初的时刻,时空发生过一次急速膨胀的过程——这便是暴胀理论。
更具体地说,现在人们普遍认为,宇宙大爆炸之后的一瞬间,时空在不到10-34秒的时间里迅速膨胀了1078倍(我就不用多少个亿来表达这两个数字有多极端了)。
时空在这种暴胀发生之前是有信息交流的——即便后来被暴胀拉开很远。
于是,看到一致的微波背景信号也就不足为奇了。
1980年率先提出宇宙暴胀理论的阿兰·古斯。
图片来源:Donna Coveney,麻省理工学院有趣的是,暴胀理论还可以解释另一件一直让人们困惑的事情。
多种不同的宇宙学测量告诉我们,今天我们身处的宇宙时空是平直的——换句话说,时空就像是拉平的一张床单。
乍一看,这似乎没什么大不了。
但稍微做一些不太复杂的计算,人们很快就认识到,要想保证今天宇宙时空大致平坦的话,宇宙诞生之初的时空就必须平坦到一个令人发指的地步才行。
宇宙要么在诞生之初被“非常精细的微调”,不然非平坦性很容易在宇宙演化的过程中被不断放大。
这被称之为“平直性困难”。
当然,我们可以要求宇宙非常严格地做到了精确平坦,这跟任何基础物理学都不矛盾。
但是物理学家不喜欢这种“不自然”的事情,总觉得应该有一些未知的规律促成了这些“奇怪”的要求。
你或许已经猜到了——暴胀理论的出现正好解决了这个问题!不论暴胀之前宇宙时空是不是平坦的——哪怕它长得奇形怪状,在时空被瞬时拉大一亿亿亿亿亿亿亿亿亿倍的时候,原来的样子你是肯定看不出来了。
暴胀理论预言:宇宙的时空不仅应该是平直的,而且应该是精确平直的!今天的天文学观测告诉我们,宇宙时空的形状与完全平直之间的偏差,不超过千分之几。
暴胀过程的副产品也极其有趣:人们之前一直想不明白,各向同性均匀的大爆炸,怎么就产生了宇宙中如此丰富的结构?暴胀理论的回答是,急速的暴胀把量子尺度的微观扰动迅速拉大到宏观尺度,变成不可逆的密度涨落。
这些涨落成为宇宙结构形成的关键“种子”。
在引力的相互作用下,密度高的地方逐渐聚集了更多的物质,宇宙由此演化出星系、恒星、行星等结构,以及在一颗暗淡的行星上奔波的我们。
虽然暴胀的概念被提出了30多年,这个神奇得甚至有点离奇而不可想象的过程是否真的发生过,依然是一个谜团。
人们找不到太多可以不采用这种假说去解释观测的办法,但也没有找到直接证据让人们确信,在宇宙诞生的极早期,真的存在过这么一段所谓的暴胀时期。
我们对宇宙的理解,缺失了这段极其重要的信息。
原初引力波与B模式极化信号幸运的是,在众多的理论模型中,相当多数预言了在这个暴胀时期,时空的扰动会留下一些蛛丝马迹。
根据爱因斯坦100年前天才创造的广义相对论,暴胀的时空扰动会产生特征性很强的引力波。