宇宙并非永恒
宇宙并非永恒存在而是从虚无创生的思想在西方文化中可以说是根深蒂固。虽然希腊哲学家曾经考虑过永恒宇宙的可能性,但是,所有西方主要的宗教一直坚持认为宇宙是上帝在过去某个特定时刻创造的。
我们的宇宙不是宁静的和永恒的,而是膨胀的和演化的,这恰恰是科学飞速发展的20世纪居于榜首的天文成就。
开启未来的钥匙
象历史学家一样,宇宙学家意识到开启未来的钥匙在于过去。
早在1929年,埃德温·哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现,即不管你往哪个方向看,远处的星系正急速地远离我们而去。换言之,宇宙正在不断膨胀。这意味着,在早先星体相互之间更加靠近。事实上,似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻,它们刚好在同一地方,所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻,当时宇宙无限紧密。
1950年前后,伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点,然后向四周的空气传播开去的那种爆炸,而是一种在各处同时发生,从一开时就充满整个空间的那种爆炸,爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。
大爆炸宇宙
根据大爆炸宇宙论,甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体,温度极高,密度极大,且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志,因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低,使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。
从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来,通过几十年的努力,宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史:
| 大爆炸开始时 |
130-140亿年前,极小体积,极高密度,极高温度。 |
| 大爆炸后10-43秒 |
宇宙从量子背景出现。 |
| 大爆炸后10-35秒 |
同一场分解为强力、电弱力和引力。 |
| 大爆炸后10-5秒 |
10万亿度,质子和中子形成。 |
| 大爆炸后0.01秒 |
1000亿度,光子、电子、中微子为主,质子中子仅占10亿分之一,热平衡态,体系急剧膨胀,温度和密度不断下降。 |
| 大爆炸后0.1秒后 |
300亿度,中子质子比从1.0下降到0.61。 |
| 大爆炸后1秒后 |
100亿度,中微子向外逃逸,正负电子湮没反应出现,核力尚不足束缚中子和质子。 |
| 大爆炸后13.8秒后 |
30亿度,氘、氦类稳定原子核(化学元素)形成。 |
| 大爆炸后35分钟后 |
3亿度,核过程停止,尚不能形成中性原子。 |
| 大爆炸后30万年后 |
3000度,化学结合作用使中性原子形成,宇宙主要成分为气态物质,并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块,直至恒星和恒星系统。 |