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宇宙年表和大爆炸

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查看17495 | 回复0 | 2022-1-23 14:18:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 DANNY 于 2022-1-23 14:20 编辑

宇宙演化的主流模型是大爆炸理论。大爆炸模型指出,宇宙的最早状态是极热且致密的状态,随后宇宙膨胀和冷却。该模型基于广义相对论和简化假设,例如空间的同质性和各向同性。具有宇宙学常数(Lambda) 和冷暗物质的模型版本,称为Lambda-CDM 模型,是最简单的模型,它提供了关于宇宙的各种观测的相当好的说明。大爆炸模型考虑了诸如星系距离和红移的相关性、氢与氦原子的数量之比以及微波辐射背景等观测结果。

最初的热、稠密状态称为普朗克时期,这是一个从零时间延伸到大约 10 -43秒的普朗克时间单位的短暂时期。在普朗克时代,所有类型的物质和所有类型的能量都集中在一个稠密的状态中,而引力——目前是四种已知力中最弱的——被认为与其他基本力一样强,并且所有部队可能已经统一了。自普朗克时代以来,空间一直在扩张到现在的规模,据信在前10-32年间发生了非常短暂但强烈的宇宙暴胀时期秒。这是一种不同于我们今天在我们周围看到的扩张。太空中的物体没有物理移动;相反,定义空间本身的度量标准发生了变化。尽管时空中物体的运动速度不能超过光速,但这一限制不适用于支配时空本身的度量。最初的暴胀期被认为可以解释为什么空间看起来非常平坦,并且比自宇宙开始以来可以传播的光大得多。[需要澄清]

在宇宙存在的最初几分之一秒内,四种基本力量已经分离。随着宇宙从其难以置信的高温状态继续冷却下来,各种类型的亚原子粒子能够在短时间内形成,称为夸克时代、强子时代和轻子时代。在大爆炸之后,这些时期加在一起不到 10 秒的时间。这些基本粒子稳定地结合成更大的组合,包括稳定的质子和中子,然后通过核聚变形成更复杂的原子核. 这个过程被称为大爆炸核合成,只持续了大约 17 分钟,在大爆炸后大约 20 分钟结束,因此只发生了最快和最简单的反应。按质量计算,宇宙中大约 25% 的质子和所有中子都转化为氦,还有少量的氘(氢的一种形式)和微量的锂。任何其他元素的形成量都非常小。其他 75% 的质子作为氢核 不受影响。

核合成结束后,宇宙进入了一个称为光子时代的时期。在此期间,宇宙仍然太热,物质无法形成中性原子,因此它包含带负电的电子、中性中微子和正核的炽热、致密、模糊的等离子体。大约 377,000 年后,宇宙已经冷却到足以让电子和原子核形成第一个稳定的原子。由于历史原因,这被称为重组;事实上,电子和原子核第一次结合在一起。与等离子体不同,中性原子对许多波长都是透明的光,所以宇宙第一次也变得透明了。今天仍然可以看到这些原子形成时释放的光子(“解耦”);它们形成了宇宙微波背景(CMB)。

随着宇宙的膨胀,电磁辐射的能量密度比物质的能量密度下降得更快,因为光子的能量随其波长而降低。大约在 47000 年左右,物质的能量密度变得大于光子和中微子的能量密度,并开始主导宇宙的大尺度行为。这标志着辐射主导时代的结束,物质主导时代的开始。

在宇宙的最初阶段,宇宙密度的微小波动导致暗物质浓度逐渐形成。普通物质在引力的作用下被这些物质吸引,形成了巨大的气体云,最终形成了恒星和星系,其中暗物质最密集,而空洞则在最不密集的地方形成。大约 100 到 3 亿年后,[需要引证]第一颗恒星形成,被称为第三族恒星。这些可能是非常大的、发光的、非金属的和短命的。他们负责逐渐再电离宇宙大约在 200-5 亿年和 10 亿年之间,也用于通过恒星核合成向宇宙播种比氦更重的元素。宇宙还包含一种神秘的能量——可能是标量场——称为暗能量,其密度不会随时间而改变。大约 98 亿年后,宇宙膨胀到足以使物质的密度小于暗能量的密度,标志着当今暗能量主导时代的开始。在这个时代,由于暗能量 ,宇宙的膨胀正在加速。


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