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(编者按)《大历史》导读:本文是关于宇宙的起源,宇宙最后归宿的介绍。都是选用当今世界最前沿科学家言论,均是学界认可的理论。让您在最短的时间内,全面系统的了解宇宙怎么来的,生物及人类的发展。任何文科生与理科生都可以看懂的浅显科普文,2019年4月22日本文作者、著名科普作者骄杨先生授权由“天下蒲氏一家亲”微信公众平台连载首发。
大历史,不仅关注人类历史,也指整个宇宙的历史,生物的历史。所以,此文的前半部分,都是宇宙物理科学成果。后半部分,是生物学科技成果。
0时刻
没有宇宙,没有我们。1970年,霍金与彭罗斯在数学上证明存在这个奇点。宇宙开始的时候,按照宇宙年龄叙述。现在她只有0岁,此刻,她的体积为0,就要开始轰轰烈烈的历程。
10的负43秒次方内
算是有动静了吗?不知道。这只是语言上、思想上、数学上的时间点。我们唯一知道的,就是“不知道”。“10-43秒”是普朗克时间,量子力学告知我们:这个时间段是不可知的!
10的负35秒次方内
不知什么原因、什么机制,宇宙突然暴涨。它在10-32秒的时间内,膨胀了1030倍。到底膨胀了多少倍,科学界没有统一的说法。1030倍是比较小的一种说法。
10的负32秒次方内
暴涨结束。这时的宇宙大概和一个西瓜差不多。不要以为这个“迷你”小宇宙太好玩了。在如此短(10-32秒)的时间膨胀到这个水平,膨胀速度居然要比光速快1020倍以上。空间膨胀不传递信息,并不违反相对论。
10的负12秒次方内
自然界四种力(引力、电磁力、强核力、弱核力)开始显现。
10的负4秒次方内
质子、中子出现。物质就在这个高能量中诞生。
5秒
宇宙形成之初的正电子与电子相互堙灭。万幸的是,电子比正电子多了10亿分之一。就是多了这么一点点的电子,形成了现在的万物。
3分钟
原子核形成。由于温度太高(超过1亿℃),电子无法绕原子核运动。这时的宇宙是一团等离子体,可见光无法穿透,漆黑一片。
38万年
宇宙膨胀在继续。温度从最初的1032℃降低至2700℃。这个温度下,原子能稳定存在,宇宙开始变的透明。我们现在观察到的“宇宙背景辐射”,就是这个时期的残留。这是证明宇宙大爆炸的决定性证据。
根据大爆炸理论推测,此时形成的原子,只有氢原子和少量氦原子,它们的比例大约是75%:25%。对宇宙的观察证实,氢与氦之比完全符合大爆炸理论推测。这些原子基本上均匀分布在整个宇宙空间,只有微小的密度分布差异。通过仪器,我们现在可以观察到这个差异。
星系形成。氢原子分布的微小差异,使得密度大的地方,因为引力作用,会聚集较多的原子。进而这里的引力更大,又吸引更多的原子。在一片广大的空间,氢(包括少量的氦)原子聚集,形成一个个的恒星。这些扎堆的恒星组成星系。一般来讲,星系与恒星应该同时形成。就像“军队”与“士兵”差不多同时出现一样。
需要说明的是,恒星与星系的形成时间,现在没有定论。氢分子云密度大的地方,形成恒星的速度快。有计算机模拟,最早的恒星,可能形成于宇宙诞生后的1亿年或者5亿年。也有传统的认为,可能是20亿年。我在这里,折中选用10亿年一说。现在宇宙中还大量存在分子云,它们依然在不断汇聚,形成新的恒星。
宇宙诞生30亿年
很多星系已形成。还有很多氢分子(包括氦)离散在星系里,它们不断聚集成新的恒星。宇宙中的氢分子、氦原子一旦聚集,会形成一堆一堆的集团,“集团”之间是空旷地带,没有任何物质。我们所处的本星系群,就是由银河系、仙女座星系等50个星系组成的星系群。而本星系群又属于更大范围的“室女座超星系团”。
可观察宇宙,半径138亿光年。估计有1000亿以上个星系,2016年10月,根据哈勃望远镜数据分析,星系数量在2万亿。不过,这还没有成为学界的主流看法。银河系有至少2000亿颗恒星,仙女座星系有3000亿颗恒星。大部分星系不到银河系的1/10,很多的星系不足银河系的1%。所以,银河系在整个宇宙中,是非常大的星系。宇宙的推算半径大约463亿光年。因为宇宙的年龄只有138.2亿年,所以,我们能观察到的最远距离不会超过138.2亿光年。
1916年,爱因斯坦发表广义相对论。结果表明宇宙是不稳定状态!这和当时大家知道宇宙是永恒不变的完全冲突。爱因斯坦就把方程加了一个常数,使宇宙成为稳定态,该常数称为“宇宙常数”。1929年,哈勃发现宇宙膨胀,证明宇宙果然不稳定。可见,广义相对论方程是多么的出色!爱因斯坦后来形容自己把方程中加“宇宙常数”是“一生中最愚蠢的错误”。
广义相对论是探索宇宙的有力武器。不但绝妙的预测到宇宙膨胀、黑洞、宇宙起源。水星运动的精确描述,卫星轨道的精确计算都须用广义相对论解决。以霍金为代表的广义相对论专家,不断根据方程证明宇宙奇点,黑洞的性质……
80亿年
距离银河系中心2.5万光年的一个旋臂区域,有一团1光年大小的氢分子云,正在万有引力作用下聚集。这团分子云存在很久了,应该是宇宙诞生38万年的时候就形成的。只不过该团分子云密度比较小,宇宙诞生80亿年了,它还没有形成恒星。中心处的引力大,逐渐吸引更多的氢分子向中心团聚,外围氢分子密度的梯度差异,也形成另外4个不同的聚集圈,这4个聚集圈形成木星、土星、天王星、海王星。靠近中心有4个固体矿物质形成的聚集圈,它们形成水星、金星、地球、火星。
87亿年
这团氢分子云不断聚集,整体在旋转。中心聚集更多的物质,这是一种“良性循环”的加速成长过程。最终,99.86%的物质,都集中在中心,形成太阳。这团物质,本来是很纯洁的,只有75%的氢和25%的氦。可是,普遍发生的超新星爆炸,把大量的核合成“垃圾”抛向宇宙。这些“垃圾”(爆炸碎片)在宇宙中飞散的时候,被这团聚集物捕获。它们就是含有所有元素的大恒星残留,是组成地球的材料。
92亿年
太阳系诞生,这是46亿年前。从这时以后,就说“多少年以前”,不再以宇宙诞生年龄叙述。注意,这里说的是“太阳系诞生”,包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星以及小行星等所有太阳系的物质。(待续)
【温馨提示:请继续关注:宇宙的起源和归宿(2)】
【参考文献】
1、《宇宙》不列颠图解科学丛书 中国农业出版社
2、《遗传和进化》不列颠图解科学丛书 中国农业出版社
3、《大爆炸》[英]帕特里克·摩尔,布莱恩·梅,克里斯·林陶特 著 李元、曹军、李鉴、张子平、陈冬妮 译 中国农业出版社
4、《地球的终结》菲利普·布雷特 著 李志涛、王怡 译
中央编译出版社
5、《草原帝国》[法]勒内·格鲁塞 著 李德谋、曾令先 译 江苏人民出版社 凤凰出版传媒集团
6、《终极理论之梦》[美]S·温伯格 著
7、《时间、空间和万物》[英]B·K·里德雷 著
8、《物理学的困惑》[美]L·斯莫林 著 李泳 译 湖南科学技术出版社《皇帝的新脑》[英]罗杰·彭罗斯著
9、《莎士比亚、牛顿和贝多芬》[美]S·钱德拉塞卡 著
10、《时间简史》[英]霍金 著
11、《果壳里的60年》[英]霍金等 著 李泳 译 湖南科学技术出版社
12、《时间简史续篇》[英]斯蒂芬·霍金 著
13、《时空的未来》[英]霍金等 著 李泳 译 湖南科学技术出版社
14、《时空的本性》[英]霍金 罗杰·彭罗斯 著 杜欣欣 吴忠超 译
15、《黑洞与时间弯曲》[美]基普·S·索恩 著 李泳译 湖南科学技术出版社
16、《宇宙的琴弦》[美]B·格林 著
17、《一颗原子的时空之旅》[美]劳伦斯·克劳斯 著 中信出版社
18、《宇宙中的生命》[美]约瑟夫·A·安吉洛 著迟文成 张丹 丛书主译 上海科学技术文献出版社
19、《阿尔法与奥米伽》查尔斯·塞费著 随竹梅 译上海科技教育出版社
20、《宇宙的最后三分钟》[奥]保尔·戴维斯 著 傅承启 译 赵君亮 校上海世纪出版集团
21、《大历史》[美]辛西娅·斯托克斯·布朗 著 安蒙 译 山东画报出版社
22、《第二自然》[美]杰拉尔德·埃德尔曼 著唐璐 译
23、《全球通史》[美]斯塔夫里阿诺斯 著 陈继静 译 北京大学出版社
24、《演化——跨越40亿年的生命记录》[美]卡尔·齐默著 唐嘉慧 译 世纪出版集团 上海人民出版社
25、《地球简史》[英]理查德·福提RichardFortey 著 齐仲里 王富滨 译 中央编译出版社
26、《宇宙的世纪》[英]马尔科姆•朗盖尔著 王文浩 译 湖南科学技术出版社
27、《宇宙传记》[英]约翰•格里宾著 徐彬 吴林 译 湖南科学技术出版社
28、《伟大的超越》[美]保罗•哈尔彭著 刘政 译 湖南科学技术出版社
29、《现代天文学》[美]丽莎•扬特著 刘彭 译 上海科学技术文献出版社
30、《黑洞战争》[美]伦纳德•萨斯坎德著 李新洲 敖犀晨 赵伟 译 湖南科学技术出版社
31、《大设计》斯蒂芬•霍金列纳德•蒙洛迪诺 著 吴忠超 译 湖南科学技术出版社
32、《双螺旋探秘》[英]约翰•格里宾著 方玉珍 朱进宁 秦久怡 译 上海世纪出版社集团
33、《宇宙的起源与演化——大爆炸》[美]J•希尔克 著 邹振隆 译 科学普及出版社
34、《宇宙之书》[英]约翰•D•巴罗 著 李剑龙 译 人民邮电出版社
35、《宇宙逍遥》[美]约翰•A•惠勒 著 北京理工大学出版社
36、《中国历史风云录》[日]陈舜臣著 网络书籍
37、《中国人史纲》[中]柏杨著 网络书籍
38、《浩瀚的宇宙》[英]迈特•特维德著 葛军 雷静 译 湖南科学技术出版社
39、《生命简史》[英]理查德•福提著 中央编译出版社
40、《宇宙简史》[美]
41、《黎明之前——基因技术颠覆人类进化史》[美]尼古拉斯·韦德 著 陈华 译 中国工信出版集团
42、《人类进化圣典》[英]爱丽丝·罗伯茨 等 著 魏偏偏 方圆 译 中国工信出版集团
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