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宇宙的一生:從開端到未來

2024-08-16科學

大家好,我是小生。今天,我們要探討一個宏大而神秘的主題——宇宙的一生。我們以前聊過地球的歷史和宇宙的大小,但宇宙的整個生命周期和未來,還是一個相對未被深入探索的話題。今天,我們就來揭開這個謎團。

首先,我們要明確一點:當我們談論宇宙的一生時,我們是以宇宙有開端為前提的。雖然有些假設認為宇宙沒有開端,但這不是我們今天要討論的內容。

根據宇宙大霹靂模型,已知宇宙大約是在138億年前,從一個我們無法想象的地方,由一個我們無法理解的「東西」爆炸形成的。這個爆炸後來被命名為「大霹靂」,它一直是世界上最頂尖的物理學家和天文學家研究的焦點,因為這是解開宇宙謎團的最根本問題。

研究發現,宇宙大霹靂可能並不是一個瞬間完成的過程,而是一個漫長的膨脹過程。在這個過程中,一個直徑僅為一厘米左右的小球,包含了宇宙最初的所有能量,但沒有任何物質。這個小球熱得驚人,達到了理論上宇宙能夠達到的最高溫度,大約是1.4乘以10的32次方度。

盡管這個小球溫度極高,但從外面看,它卻是黑色的,因為它不發光。我們不知道這個小球外面是什麽,也不知道它誕生的地方是什麽樣的。但可以肯定的是,這個地方就是宇宙之外,是我們目前無法想象和理解的領域。

這個小球從無到有,以驚人的速度彈開。在僅僅10的-32次方秒內,它膨脹了一厘米,但這個速度遠遠超過了光速。如果宇宙一直以這個速度膨脹下去,那麽形成我們現在這個宇宙只需要1/10000秒。但實際上,宇宙後來的膨脹速度減慢了,所以用了138億年才擴張到現在這麽大。

這個最初的膨脹過程被稱為「宇宙爆炸期」,它解釋了宇宙大霹靂模型的一個矛盾點:如果宇宙是一開始就直接爆開的話,那麽它現在應該是均勻的,沒有區別。但實際上,我們觀測到的宇宙確實是均勻的,這就像一個非常詭異的現象。

為了解釋這個矛盾,人們猜想在宇宙大霹靂之後,有一個「宇宙爆炸期」,在這個時期內,宇宙中的一切變得非常均勻,然後再爆開。這樣,物質就能夠以更均勻的方式爆開,形成了我們現在觀測到的宇宙。

爆炸期結束之後,宇宙繼續膨脹,但膨脹速度減慢了。隨著時間的推移,宇宙內的能量開始凝結成物質,形成了基本粒子,如誇克、電子、光子等。同時,重力、強力、弱力和電磁力這些基本力也出現了。

在這個過程中,凝結成的物質體子都是成對出現的,即一個正物質和一個反物質。當正物質和反物質相遇時,它們會相互抵消並變成能量。因此,宇宙中的物質和能量在不斷地反復出現和消失。

然而,最終不知道什麽原因,只有一部份正物質留下了下來,而反物質消失了。這導致了我們現在這個宇宙的形成。如果正物質和反物質完全抵消的話,那麽宇宙最終將不會形成任何物質,而只會剩下能量。

當宇宙誕生了一秒之後,宇宙中的誇克開始凝結成質子和中子。這時候宇宙的直徑有4億公裏,相當於火星的公轉軌域那麽大。而當宇宙誕生一分鐘之後,宇宙的直徑就達到了一光年。這個膨脹速度雖然比光速慢了很多,但仍然是非常驚人的。

在宇宙誕生38萬年之後,發生了一個非常重要的事情:原子核第一次抓住了電子,形成了真正的原子。這個過程中釋放出了大量的光子,使得宇宙第一次變得可見。這就是我們所說的「宇宙第一閃」,也是宇宙背景放射線的來源。

宇宙背景放射線是我們觀測到的宇宙大霹靂最直接的證據之一。它的發現基本上確立了宇宙大霹靂理論的正確性。然而,最近也有一些新的發現可能會對這個理論提出挑戰,但這是我們以後將要探討的話題。

在宇宙的第一顆恒星誕生之前,整個宇宙就像一片黑暗的迷霧。經過幾百萬年的凝結過程,原子開始粘在一起形成了恒星。這些恒星為宇宙創造了各種各樣的物質,因為恒星內部的高溫產生了核融合反應,不斷地產生新的化學元素。

然而,我們現實生活中看到的很多比鐵更重的元素並不是透過恒星融合產生的。它們是透過恒星死亡時的超新星爆炸產生的。所以我們可以說,宇宙中除了氫之外的化學元素大部份都是恒星產生的,包括組成我們生物體的絕大多數元素。

在銀河系誕生之後,恒星周圍開始誕生行星,於是產生了星系。而宇宙中最早的星系就是我們的銀河系。透過觀測銀河系中最古老的星星,我們可以推斷出銀河系的年齡大約是132億年。這意味著在宇宙誕生後僅僅5到6億年,銀河系就誕生了。

如果銀河系真的是宇宙中最老的星系的話,那麽人類就有可能是宇宙中最老的生命形式之一。當然這也帶來了一個潛在的危險:如果其他星系中有比我們更早誕生的生命形式的話,他們可能會對我們構成威脅。

在銀河系誕生了86億年之後,一個非常特別的恒星誕生了——太陽。太陽出現之後僅僅過了4000萬年,在圍繞太陽的塵埃之中就誕生了一個美麗的星球——地球。從那以後,地球上就出現了生命和人類文明。

接下來我們來講講宇宙的未來將要發生什麽事情。首先,在45億年之後,銀河系將與仙女星系相撞並融合在一起形成一個新的星系——仙女銀河系或者銀仙星系。這個過程將持續20億年之久。

然而這個相撞過程對我們人類來說並沒有太大的影響因為在那之前太陽和地球就已經不存在了。太陽會在它死亡之前帶著地球一起滅亡。當然如果人類能夠在那個時候逃離地球到其他星球上居住的話那麽我們也許還能看到這兩個星系的相撞過程。

再過個1000億年左右由於宇宙的膨脹銀河系將成為一個孤立的星系。我們在天空中除了銀河系自己之外將看不到其他任何星系。所有的星系並不是消失了而是因為它們逃出了我們的可視範圍之外。

然後再過1萬億億年(10的34次方年)宇宙中所有的恒星都會燃燒殆盡不再發光。天空將再次變得一片黑暗宇宙將再次進入暗黑時代。這是一個反復的過程:宇宙從黑暗變成光明再變回黑暗。

在那之後質子中的誇克們也會被撕裂消失。宇宙中所有的物質都有壽命不管是什麽東西都有終結的時候。所有的物質都會變成支離破碎的東西最終只剩下熱能。這種宇宙的終結方式就叫熱寂。而宇宙達到熱寂是在它誕生後1萬億億億億億億年之後的事情了。

當然我說的這個熱寂並不是唯一的可能性啊。宇宙線的終結方式有很多種假說。因為接下來宇宙會不會膨脹是一個關鍵點。如果宇宙加速膨脹的話他就會撕裂達到熱寂;如果他不膨脹而是急速收縮的話那他就會變成一個黑洞這也是一種終結方式。

不管哪一種假設了宇宙最終一定會死。就是怎麽個死法他不知道。反正也看不到啊哈哈哈。在那之前很早很早估計人類就已經不存在了。不過也不用那麽悲觀。我現在講的是我們宇宙的終結方式。如果我們人類科技真的發達到一定程度能夠進入其他宇宙那就另當別論了。

所以有一些宇宙可能還很年輕啊,我們可以透過蟲洞逃到另一種宇宙中去。關於蟲洞了我們以後也會專門做一篇給大家講解。這是人類永生的一個非常必要的東西。