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宇宙的一生:从开端到未来

2024-08-16科学

大家好,我是小生。今天,我们要探讨一个宏大而神秘的主题——宇宙的一生。我们以前聊过地球的历史和宇宙的大小,但宇宙的整个生命周期和未来,还是一个相对未被深入探索的话题。今天,我们就来揭开这个谜团。

首先,我们要明确一点:当我们谈论宇宙的一生时,我们是以宇宙有开端为前提的。虽然有些假设认为宇宙没有开端,但这不是我们今天要讨论的内容。

根据宇宙大爆炸模型,已知宇宙大约是在138亿年前,从一个我们无法想象的地方,由一个我们无法理解的「东西」爆炸形成的。这个爆炸后来被命名为「大爆炸」,它一直是世界上最顶尖的物理学家和天文学家研究的焦点,因为这是解开宇宙谜团的最根本问题。

研究发现,宇宙大爆炸可能并不是一个瞬间完成的过程,而是一个漫长的膨胀过程。在这个过程中,一个直径仅为一厘米左右的小球,包含了宇宙最初的所有能量,但没有任何物质。这个小球热得惊人,达到了理论上宇宙能够达到的最高温度,大约是1.4乘以10的32次方度。

尽管这个小球温度极高,但从外面看,它却是黑色的,因为它不发光。我们不知道这个小球外面是什么,也不知道它诞生的地方是什么样的。但可以肯定的是,这个地方就是宇宙之外,是我们目前无法想象和理解的领域。

这个小球从无到有,以惊人的速度弹开。在仅仅10的-32次方秒内,它膨胀了一厘米,但这个速度远远超过了光速。如果宇宙一直以这个速度膨胀下去,那么形成我们现在这个宇宙只需要1/10000秒。但实际上,宇宙后来的膨胀速度减慢了,所以用了138亿年才扩张到现在这么大。

这个最初的膨胀过程被称为「宇宙爆炸期」,它解释了宇宙大爆炸模型的一个矛盾点:如果宇宙是一开始就直接爆开的话,那么它现在应该是均匀的,没有区别。但实际上,我们观测到的宇宙确实是均匀的,这就像一个非常诡异的现象。

为了解释这个矛盾,人们猜想在宇宙大爆炸之后,有一个「宇宙爆炸期」,在这个时期内,宇宙中的一切变得非常均匀,然后再爆开。这样,物质就能够以更均匀的方式爆开,形成了我们现在观测到的宇宙。

爆炸期结束之后,宇宙继续膨胀,但膨胀速度减慢了。随着时间的推移,宇宙内的能量开始凝结成物质,形成了基本粒子,如夸克、电子、光子等。同时,重力、强力、弱力和电磁力这些基本力也出现了。

在这个过程中,凝结成的物质粒子都是成对出现的,即一个正物质和一个反物质。当正物质和反物质相遇时,它们会相互抵消并变成能量。因此,宇宙中的物质和能量在不断地反复出现和消失。

然而,最终不知道什么原因,只有一部分正物质留下了下来,而反物质消失了。这导致了我们现在这个宇宙的形成。如果正物质和反物质完全抵消的话,那么宇宙最终将不会形成任何物质,而只会剩下能量。

当宇宙诞生了一秒之后,宇宙中的夸克开始凝结成质子和中子。这时候宇宙的直径有4亿公里,相当于火星的公转轨道那么大。而当宇宙诞生一分钟之后,宇宙的直径就达到了一光年。这个膨胀速度虽然比光速慢了很多,但仍然是非常惊人的。

在宇宙诞生38万年之后,发生了一个非常重要的事情:原子核第一次抓住了电子,形成了真正的原子。这个过程中释放出了大量的光子,使得宇宙第一次变得可见。这就是我们所说的「宇宙第一闪」,也是宇宙背景辐射的来源。

宇宙背景辐射是我们观测到的宇宙大爆炸最直接的证据之一。它的发现基本上确立了宇宙大爆炸理论的正确性。然而,最近也有一些新的发现可能会对这个理论提出挑战,但这是我们以后将要探讨的话题。

在宇宙的第一颗恒星诞生之前,整个宇宙就像一片黑暗的迷雾。经过几百万年的凝结过程,原子开始粘在一起形成了恒星。这些恒星为宇宙创造了各种各样的物质,因为恒星内部的高温产生了核聚变反应,不断地产生新的化学元素。

然而,我们现实生活中看到的很多比铁更重的元素并不是通过恒星聚变产生的。它们是通过恒星死亡时的超新星爆炸产生的。所以我们可以说,宇宙中除了氢之外的化学元素大部分都是恒星产生的,包括组成我们生物体的绝大多数元素。

在银河系诞生之后,恒星周围开始诞生行星,于是产生了星系。而宇宙中最早的星系就是我们的银河系。通过观测银河系中最古老的星星,我们可以推断出银河系的年龄大约是132亿年。这意味着在宇宙诞生后仅仅5到6亿年,银河系就诞生了。

如果银河系真的是宇宙中最老的星系的话,那么人类就有可能是宇宙中最老的生命形式之一。当然这也带来了一个潜在的危险:如果其他星系中有比我们更早诞生的生命形式的话,他们可能会对我们构成威胁。

在银河系诞生了86亿年之后,一个非常特别的恒星诞生了——太阳。太阳出现之后仅仅过了4000万年,在围绕太阳的尘埃之中就诞生了一个美丽的星球——地球。从那以后,地球上就出现了生命和人类文明。

接下来我们来讲讲宇宙的未来将要发生什么事情。首先,在45亿年之后,银河系将与仙女星系相撞并融合在一起形成一个新的星系——仙女银河系或者银仙星系。这个过程将持续20亿年之久。

然而这个相撞过程对我们人类来说并没有太大的影响因为在那之前太阳和地球就已经不存在了。太阳会在它死亡之前带着地球一起灭亡。当然如果人类能够在那个时候逃离地球到其他星球上居住的话那么我们也许还能看到这两个星系的相撞过程。

再过个1000亿年左右由于宇宙的膨胀银河系将成为一个孤立的星系。我们在天空中除了银河系自己之外将看不到其他任何星系。所有的星系并不是消失了而是因为它们逃出了我们的可视范围之外。

然后再过1万亿亿年(10的34次方年)宇宙中所有的恒星都会燃烧殆尽不再发光。天空将再次变得一片黑暗宇宙将再次进入暗黑时代。这是一个反复的过程:宇宙从黑暗变成光明再变回黑暗。

在那之后质子中的夸克们也会被撕裂消失。宇宙中所有的物质都有寿命不管是什么东西都有终结的时候。所有的物质都会变成支离破碎的东西最终只剩下热能。这种宇宙的终结方式就叫热寂。而宇宙达到热寂是在它诞生后1万亿亿亿亿亿亿年之后的事情了。

当然我说的这个热寂并不是唯一的可能性啊。宇宙线的终结方式有很多种假说。因为接下来宇宙会不会膨胀是一个关键点。如果宇宙加速膨胀的话他就会撕裂达到热寂;如果他不膨胀而是急速收缩的话那他就会变成一个黑洞这也是一种终结方式。

不管哪一种假设了宇宙最终一定会死。就是怎么个死法他不知道。反正也看不到啊哈哈哈。在那之前很早很早估计人类就已经不存在了。不过也不用那么悲观。我现在讲的是我们宇宙的终结方式。如果我们人类科技真的发达到一定程度能够进入其他宇宙那就另当别论了。

所以有一些宇宙可能还很年轻啊,我们可以通过虫洞逃到另一种宇宙中去。关于虫洞了我们以后也会专门做一篇给大家讲解。这是人类永生的一个非常必要的东西。