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如何创造一个宇宙?少量普通物质+大量暗物质和暗能量

时间:2021-06-18 21:24:12 点击:

  核心提示: 你知道宇宙最大的奥秘是什么吗?要回答这个问题,我们就得从宇宙学的基础开始。宇宙学是对整个宇宙的研究,并且延伸至探讨人类在宇宙中的地位。再细分下去,我们会进入物理宇宙学的领域,这是研究宇宙大尺度结构...

     你知道宇宙最大的奥秘是什么吗?要回答这个问题,我们就得从宇宙学的基础开始。宇宙学是对整个宇宙的研究,并且延伸至探讨人类在宇宙中的地位。再细分下去,我们会进入物理宇宙学的领域,这是研究宇宙大尺度结构和宇宙形成及演化等基本问题的学科,天体物理学在这门学科的发展中起到了核心作用。

那么,如果我们想创造出一个宇宙,需要哪些东西呢?我们所知的宇宙是由两种基本成分和一种可选成分构成的,其中大约25%为暗物质,70%为暗能量。暗物质是一种完全看不见的东西,无论其本质到底是什么,它都不与光相互作用。直到现在,科学家依然不知道暗物质是由什么构成的,而另一方面,通过引力效应,以及与其他物质的相互作用,我们又明确知道暗物质的存在。

除了暗物质,我们还需要大量的暗能量,这种东西就更加神秘了。在物理宇宙学中,暗能量是一种充溢空间、增加宇宙膨胀速度的能量形式。每一天,宇宙都在以更快的速度变得变大,而暗能量假说是当今对宇宙加速膨胀的观测结果的解释中最为流行的一种。科学家推测暗能量与时空本身的真空有关。换句话说,如果你有一个没有任何物质和辐射的空盒子,那这个盒子实际上就充满了暗能量。在这个推测以外,我们对暗能量的了解相当贫乏。

对于我们已知的宇宙而言,只要有足够的暗物质和暗能量,我们就可以占据宇宙大部分历史中95%的内容。

那么,那些可选的成分呢?这些就是普通物质了,即宇宙学家所谓的“重子”——如质子和中子——物质。这些物质组成了原子和分子,进而组成了行星、恒星和星系物质,以及我们人类本身。在宇宙中,所有可见的物质其实都不甚重要,但对人类而言,这些物质的存在就是一切。

黑暗的网络

这就是当今的宇宙:少量的普通物质,大量的暗物质和暗能量。暗能量作用于时空结构本身,呈现为一种均匀的负压力,可以将宇宙的边缘撕开,导致时空膨胀;但除此之外,暗能量并没有真正参与到日常的宇宙生活中。

暗物质聚集在一起,形成一个巨大的复杂网络,称为“宇宙网”。科学家认为,宇宙中存在巨大的暗物质球体,直径超过一百万光年。在这些球体之间由伸展的暗物质纤维连接着。宇宙中还有着令人难以置信的“沙漠”,即所谓的宇宙空洞——里面几乎什么都没有。然而,除了提供宇宙结构的骨架之外,暗物质其实没有做其他任何事情。毕竟,暗物质不能与光相互作用,只是存在于宇宙中而已。

少量的普通物质被困在暗物质网络中。在星系外围,有着被称为暗物质晕的神秘结构,将星系包围其中,就如同包围太阳的太阳圈。这些巨大的球体结构中通常包含多个星系,称为星系团。

宇宙网是自然界中发现的最大的单一结构,充满了整个可观测宇宙(也许在可观测宇宙之外还有一些,但根据定义,我们无法看得更远)。你可能会问,可观测宇宙有多大?目前估计,可观测宇宙的直径约为900亿光年,但科学家认为,宇宙的真实尺寸可能要大得多。

背后的故事

那么,宇宙是如何变成今天的样子的?如何让所有这些暗物质排列在一个巨大的宇宙网中?一百年前,当科学家们还不知道暗物质是怎么回事时,他们取得了一个了不起的发现:宇宙正在膨胀。

平均而言,星系之间的距离每一天都在变得更远;也就是说,偶尔发生星系碰撞是完全可能的。这也意味着,过去的宇宙与现在是截然不同的,时间越往前,宇宙就越不一样。宇宙学家可以将时钟倒回,追溯至宇宙中的一切都被挤压成一个点的时候:137.7亿年前。当时整个可观测的宇宙可能只有桃子那么大,而温度超过一千万亿度。

这是多么了不起的认识!地球上的我们怎么可能知道宇宙中发生过如此剧烈的变化?很显然,科学家之所以可以这么说,是因为他们发现了证据。

我们知道,如今的宇宙非常大,而过去的宇宙非常小,它那时的温度肯定会比现在高得多(因为本质上同样的东西都被塞进了一个小得多的体积)。在宇宙历史的某个阶段,整个宇宙会呈现等离子体的状态,微小的电子可以自由活动。但到了某个临界点上,宇宙一定会变得足够大,温度足够低,从而能形成第一批原子,并在此过程中释放出大量白热辐射。这种辐射一直持续到今天,使宇宙沉浸在某种不那么强烈的微波辐射中。

今天我们可以用微波望远镜看到这些微波辐射,这也是迄今为止宇宙中最大的单一光源。它们是大爆炸的遗迹,在天空中夜复一夜地存在着。没错,正是普通物质释放了这些辐射。因此也可以说,即使普通物质只占据了宇宙的一小部分,但仍然非常重要。

作者:不详 来源:网络
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