宇宙形成的過程
宇宙形成的過程
現(xiàn)代天文學(xué)認(rèn)為，宇宙是所有時間空間物質(zhì)的總和，是我們這個物質(zhì)世界的整體，是物理學(xué)和天文學(xué)的最大研究對象。那么你對宇宙的形成了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于宇宙是如何形成的的內(nèi)容，希望大家喜歡!
宇宙的形成
爆炸之初，物質(zhì)只能以中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等基本粒子形態(tài)存在。宇宙爆炸之后的不斷膨脹，導(dǎo)致溫度和密度很快下降。隨著溫度降低、冷卻，逐步形成原子、原子核、分子，并復(fù)合成為通常的氣體。氣體逐漸凝聚成星云，星云進(jìn)一步形成各種各樣的恒星和星系，最終形成我們?nèi)缃袼吹降挠钪妗?/p>
暴漲模型允許宇宙的物質(zhì)和能量從無中產(chǎn)生。大統(tǒng)一理論認(rèn)為，重子數(shù)允許不守恒，而宇宙中的引力能可粗略地說是負(fù)的，并精確地抵消非引力能，總能量為零，因此宇宙從無中演化是可能的。
“無”并非是絕對的虛無，真空能恰恰是一種特殊的物質(zhì)和能量形式。如果進(jìn)一步說真空能起源于“無”，那么這個“無”也只能是一種未知的物質(zhì)和能量形式。從現(xiàn)代物理學(xué)的觀點看，真空也可視為物質(zhì)。
宇宙不論多么巨大，作為一個有限的物質(zhì)體系 ，也有其產(chǎn)生、發(fā)展和滅亡的歷史。暴漲模型認(rèn)為宇宙中的物質(zhì)與能量形式不是永恒的，把“無”作為一種未知的物質(zhì)和能量形式，在認(rèn)識論和方法論上有一定意義。
現(xiàn)代宇宙學(xué)不是晦澀無用的哲學(xué)思辯，而是建立在天文觀測、數(shù)學(xué)模型、物理實驗基礎(chǔ)上的現(xiàn)代科學(xué)，完全有能力認(rèn)知宇宙的奧秘。天文學(xué)家們指出，大爆炸必然會發(fā)生，原因是“虛空”本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，可以從量子力學(xué)和廣義相對論中推導(dǎo)出來。在量子力學(xué)的尺度，空間將不穩(wěn)定，不再顯示平滑和連續(xù)，空間和時間失去穩(wěn)定性，混雜形成時空的泡沫，微小的時空泡可以自發(fā)形成。量子化的時空產(chǎn)生漲落，宇宙產(chǎn)生于“虛空”。
宇宙的結(jié)局
熱力學(xué)定律不會讓宇宙獲得永生，新的恒星無法繼續(xù)形成時，宇宙抵達(dá)熱寂平衡點，宇宙的狀態(tài)如同誕生之初的那一碗湯狀時空。熱寂是熱力學(xué)上的終點，整個宇宙任何一處的溫度都僅僅比絕對零度高一些，這意味著沒有東西會幸存下來。少部分科學(xué)家認(rèn)為，宇宙結(jié)局如果是大坍縮，所有的物質(zhì)最終都會變成原子狀態(tài)，再經(jīng)過一次偶然的量子漲落，新一輪的大爆炸又形成了，下一個宇宙誕生。
宇宙學(xué)家認(rèn)為，如果宇宙能量密度等于或者小于臨界密度，膨脹會逐漸減速，但永遠(yuǎn)不會停止。恒星形成會因各個星系中的星際氣體都被逐漸消耗而最終停止;恒星演化最終導(dǎo)致只剩下白矮星、中子星和黑洞。相當(dāng)緩慢地，這些致密星體彼此的碰撞會導(dǎo)致質(zhì)量聚集而陸續(xù)產(chǎn)生更大的黑洞。宇宙的平均溫度會漸近地趨于絕對零度，從而達(dá)到所謂大凍結(jié)。此外，倘若質(zhì)子真像標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)言的那樣是不穩(wěn)定的，重子物質(zhì)最終也會全部消失，宇宙中只留下輻射和黑洞，而最終黑洞也會因霍金輻射而全部蒸發(fā)。宇宙的熵會增加到極點，以致于再也不會有自組織的能量形式產(chǎn)生，最終宇宙達(dá)到熱寂狀態(tài)。在ΛCDM模型中，暗能量以宇宙學(xué)常數(shù)的形式存在，這個理論認(rèn)為只有諸如星系等引力束縛系統(tǒng)的物質(zhì)會聚集，并隨著宇宙的膨脹和冷卻它們也會到達(dá)熱寂。對暗能量的其他解釋，例如幻影能量理論則認(rèn)為最終星系群、恒星、行星、原子、原子核以及所有物質(zhì)都會在一直持續(xù)下去的膨脹中被撕開，即所謂大撕裂。
多元宇宙的介紹
多元宇宙是一個理論上的無限個或有限個可能的宇宙的集合。多元宇宙所包含的各個宇宙被稱為平行宇宙。極少數(shù)理論物理學(xué)家認(rèn)為存在著不同狀態(tài)的多元宇宙。
根據(jù)暴脹理論，通常所說的大爆炸可能并不是時間和空間的起始，而是我們這個可觀測宇宙的開始。在此以前是宇宙的暴脹期。那是一個以指數(shù)級膨脹的宇宙，充滿著時空結(jié)構(gòu)固有的能量。宇宙的暴脹也是一個通過繼承和發(fā)展而來的理論。它繼承了大爆炸理論和現(xiàn)代宇宙學(xué)的所有成果;解釋了大爆炸理論無法解釋的一系列問題，包括宇宙各處的溫度為何如此平均，空間為何如此平坦，為何沒有發(fā)現(xiàn)磁單極子這樣的高能遺留物等等;與此同時，它還明確作出了五個可供檢驗的預(yù)測，其中四個已被確認(rèn)。唯一一個未被確認(rèn)，也難以確認(rèn)的預(yù)測是：多元宇宙。
暴脹理論認(rèn)為，暴脹能導(dǎo)致空間以指數(shù)級急速膨脹。這能解釋為什么我們的宇宙如此平均、如此巨大。暴脹結(jié)束后，我們的宇宙充滿了物質(zhì)和輻射，也就是我們在大爆炸中所看到的一切。我們今天的宇宙是通過充分的暴脹形成的。但是根據(jù)同一個理論，可以推導(dǎo)出在暴脹已經(jīng)結(jié)束的地方周圍，或許仍然存在著許多暴脹尚未結(jié)束的地方。這種存在于理論中的現(xiàn)象也就是所謂的“永久暴脹”。
判斷一個理論是否成熟、是否科學(xué)有三大標(biāo)準(zhǔn)。它們分別是：
能否重現(xiàn)原有理論的結(jié)果;能否解釋與原有理論矛盾的結(jié)果;以及能否作出新的、可供檢驗的預(yù)測。
由于無法驗證，也無法預(yù)言如何驗證，多元宇宙不是科學(xué)理論，不也是科學(xué)假說，而是個人假說。多元宇宙理論本身并不是一個科學(xué)理論。它實際上是一個根據(jù)當(dāng)前已知物理定律所作的推論。
對于我們所在的這個宇宙來說，多元宇宙理論起不到多大的解釋作用。它無法解決我們當(dāng)前面臨的問題。最糟糕的是，它無法向我們提供任何能夠加以檢驗的預(yù)測。這首先意味著假如我們對這個宇宙及其歷史的認(rèn)識是正確的，那么多元宇宙可能真的存在。但產(chǎn)生這些宇宙的大爆炸與我們這個宇宙沒有任何關(guān)聯(lián)。但與此同時，這一切又是超現(xiàn)實的。即便在理論上，也無法加以檢驗。除非我們重現(xiàn)宇宙暴脹，然后把觀測者送往不同的暴脹區(qū)。
多元宇宙理論永遠(yuǎn)是一種物理學(xué)的推論。它也許是一種不可避免的推論，但在加以檢驗之前，不能被稱為科學(xué)。事實上，我們可能永遠(yuǎn)也無法對此加以檢驗。這是一個有意義的理論猜想，但不是科學(xué)理論。而且由于宇宙給我們設(shè)置了局限，多元宇宙可能永遠(yuǎn)都無法成為科學(xué)理論。它屬于一種基于物理的“形而上學(xué)(metaphysics)”。我們能夠通過科學(xué)的方式學(xué)習(xí)這個宇宙內(nèi)部的信息，但是這個宇宙實際上卻是有限的。
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