我们已经进入了宇宙最后的时代?
尽管许多人认为宇宙是从一个奇点开始的,但我们仍然无法确定。然而,我们可以根据宇宙在特定时期所具有的特性,将宇宙分成不同的时代。
今天的宇宙和昨天不一样。随着时间的流逝,一些细微但重要的变化发生了,即使其中许多变化在人类可测量的时间尺度上是无法察觉的。宇宙在膨胀,这意味着宇宙结构之间的距离随着时间而增加。
但这些细微的变化都是在巨大的宇宙时间尺度上累积起来的,而且影响的不仅仅是距离。随着宇宙的膨胀,辐射、物质、中微子和暗能量的相对重要性都发生了变化。在天空中看到的也会发生巨大的变化。我们可以把宇宙分成六个不同的时代,而我们已经进入了最后一个时代!
随着宇宙的膨胀,物质的密度会降低,但辐射也会变得更弱,因为它的波长会被拉伸得更长。另一方面,如果暗能量的密度像现在所认为的那样,作为空间本身固有的能量的一种形式,那么它的密度将保持不变。
原因可以从上面的图表中理解。宇宙中存在的一切都有一定的能量,如物质、辐射、暗能量等。当宇宙膨胀时,这些形式的能量所占的体积会发生变化,而每一种形式的能量密度都会以不同的方式进化。如果我们用变量a定义可观测视界,则:
物质的能量密度将演化为1/a^3,因为密度只是质量除以体积,而质量可以通过E = mc^2很容易地转化为能量,辐射的能量密度将演化为1/a^4,因为密度是粒子的数量除以体积,随着宇宙的膨胀,每个光子的能量会拉伸,增加一个与物质相关的额外因子1/a,而暗能量是空间本身的一种属性,所以它的能量密度保持不变(1/a^0)。
膨胀宇宙的历史包括一整套的数据,包括对轻元素和宇宙微波背景的观测,只留下大爆炸作为我们所看到的一个有效解释。当宇宙膨胀时,它也会冷却,使离子、中性原子最终形成分子,气体云、恒星,最后形成星系。
通过将物理定律应用到宇宙中,并将可能的解决方案与我们所获得的观察和测量结果进行比较,我们可以确定我们从哪里来,又要去哪里。过去的历史可以追溯到热大爆炸的开始,我们也可以预见一切存在的最终命运。
我们整个宇宙的历史在理论上都被很好地理解了,但这仅仅是因为我们理解了它背后的万有引力理论。光将永远继续在这个不断膨胀的宇宙中传播,我们需要探测到更暗亮度和更长波长的光,才能继续看到可见的物体,但这些都是技术上的限制,而不是物理上的限制。
当我们根据宇宙的行为划分界限时,我们发现将会有六个不同的时代。
1.膨胀时代、2.原始汤的时代、3.等离子体时代物质、4.黑暗时代、5.恒星时代度、6.暗能量时代。数十亿年前,我们已经进入了这个最后的时代。
在膨胀期间,时空本身在量子尺度上的波动被拉伸。膨胀是否源于最终的奇点尚不清楚,但它是否发生的特征在我们可观测的宇宙中是可以验证的。
(1)膨胀时代。在大爆炸之前,宇宙中没有物质、反物质、暗物质或辐射。它没有填充任何类型的粒子。相反,它充满了一种空间本身固有的能量形式,导致宇宙以指数增长的方式膨胀。
它将宇宙从任何几何形状拉伸到一种与空间无法区分的状态。
它将宇宙中一个因果相连的区域扩展到一个比我们现在可见的宇宙大得多的区域。
它带走了所有可能存在的粒子,并迅速膨胀,以至于没有一个粒子留在可见宇宙的区域内。
而在膨胀期间发生的量子涨落创造了结构的种子,从而形成了今天庞大的宇宙网络。
然后,突然间,138亿年前,膨胀结束了。所有这些能量,曾经是空间本身固有的,都转化成了粒子、反粒子和辐射。随着这种转变,膨胀时代结束了,大爆炸开始了。
(2)原始汤的时代。一旦膨胀的宇宙充满了物质、反物质和辐射,它就会冷却。当粒子碰撞时,它们会产生任何物理定律所允许的粒子
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- 编辑:兰心
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