《古人觀天幕:從分子人類學開始》第269章 宇宙大爆炸(1)

作者:夷吾叔遨滑小稽·1天前

天幕:“更大的,就只有宇宙本身了。”

“讓我們從宇宙的起源講起。”

“首先要問一個問題:星空為什麼是黑的?”

……

“因為沒有光?”

“因為它是黑色的嗎?”

“星空就是黑色的,有什麼為什麼啊?”

“難道宇宙中到處是黑洞?”

人們的回答五花八門。

……

天幕:“這是十九世紀天文學面臨的最大問題之一,如果宇宙是靜態的、無限的,恆星在其中均勻分佈,那麼朝任何一個方向看過去,視線最終都應該落在一顆恆星的表面上,距離越遠的一層球殼包含的恆星越多,但單顆恆星的光度隨距離平方衰減,兩個平方恰好抵消,每一層球殼投射到地球上的總光量是一個常數,對無限多層這樣的球殼求和,結果只能是無窮大。”

“所以,夜空應該和太陽表面一樣明亮,白晝與黑夜的區分將不復存在。”

“然而我們抬頭所見,卻是黑暗。”

“這個矛盾被稱為奧伯斯佯謬,它在十九世紀二十年代被德國天文學家海因裡希·奧伯斯系統性提出。”

“唯一的解釋是,宇宙並非靜態且無限的,它必須有一個開端,也就是宇宙大爆炸。”

……

“啊?!”

天啟年間京城的百姓對爆炸一詞是有點害怕的,畢竟他們剛剛經歷過一場大爆炸啊。

……

天幕:“說是爆炸其實有點誤導人,宇宙大爆炸更接近於膨脹。”

“宇宙從一個奇點出發,它最早的一段時期,通常被稱為普朗克時期。”

“這個時期大約在大爆炸之後十的負四十三次方秒以內,在這個時間尺度上,宇宙的溫度和密度高到難以想象,引力的量子效應不能再被忽略,廣義相對論描述的是宏觀的時空彎曲,量子力學描述的是微觀的粒子行為,而在這個極端條件下,兩者必須被統一起來。”

“因為人類目前還沒有一個完整而可靠的量子引力理論,所以普朗克時期是標準宇宙學推演的一道邊界,越過這道邊界,我們現有的物理語言會失效,所以對於大爆炸之前的一切,我們人類都還沒有能力去形容。”

“普朗克時期之後,宇宙進入了一個被稱為暴脹的階段。”

“暴脹是大爆炸歷史中極為關鍵的一段時期,在暴脹之前,宇宙可能並不那麼均勻,空間曲率可能並不那麼平坦,能量分佈也可能相當雜亂,而在暴脹之中,真空能量驅動空間指數級加速膨脹,在極短極短的時間裡,宇宙的尺度被放大了許多許多個數量級,這個劇烈拉伸的過程像一雙無形的手,把空間熨平了,把原本可能存在的曲率抹得極其接近平坦,把原本處於因果聯絡中的一小塊區域拉伸到了遠遠超出今天可觀測宇宙的尺度。”

“暴脹還做了一件非常重要的事:它把微觀尺度的量子漲落放大成了宏觀尺度的密度擾動,量子世界裡本來就有微小的隨機起伏,暴脹把這些起伏拉伸到天文尺度,使空間中不同位置的物質密度出現了極其微小的差異,這些差異在當時微不足道,卻成了後來所有星系、星系團和宇宙大尺度結構的種子。”

“暴脹結束時,真空能量衰變,轉化為熾熱的普通粒子和輻射,這個過程被稱為再加熱。”

“再加熱之後,宇宙進入熱大爆炸階段。”

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