为什么宇宙是在 140 亿年前的大爆炸中诞生的(仔细看宇宙有什么)

什么是大爆炸

1920 年代中期,耶稣会神父乔治·勒梅特 (Georges Lemaître) 使用爱因斯坦的新引力理论——广义相对论——以爆炸之类的东西开始宇宙。

Lemaître 不是那种在业余时间作为牧师享受物理学的物理学家。他拥有麻省理工学院的博士学位,是最早将广义相对论应用于整个宇宙的物理学家之一。

为什么宇宙是在 140 亿年前的大爆炸中诞生的(仔细看宇宙有什么)

乔治·勒梅特

爱因斯坦直觉地认为宇宙中所包含的东西有开始、中间和结束,但宇宙本身一直存在并且应该永远存在,而且他已经存在了最近10年。此外,它是多亏了这种直觉,我才能对空间、时间和物质的本质做出一个又一个的新发现。当勒梅特分析爱因斯坦的方程并得出违反直觉的结果时,爱因斯坦打断了他,对年轻的研究员说:

“你的数学是正确的,但你的物理是可怕的。”

爱因斯坦可能擅长摆弄方程,但缺乏确定哪些结果反映真实宇宙所需的科学意识。我想说的是。

几年后,爱因斯坦做出了科学史上最著名的转移之一。

在威尔逊山天文台学习的天文学家埃德温·哈勃 (Edwin Hubble) 进行的详细观测表明,所有遥远的星系都在移动,而且它们正以极快的速度远离我们。并且运动模式(星系越远,移动得越快)与广义相对论方程在数学上得到的结果一致。

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埃德温·哈勃

有了支持勒梅特可怕物理学的数据,爱因斯坦才真正接受了宇宙有一个开端的观点。

在勒梅特进行创新计算的100年间,他创立的宇宙理论研究与独立于他的俄罗斯物理学家亚历山大·弗里德曼的工作取得了长足的进步。关于地面望远镜和太空望远镜的观测。由此揭示的宇宙近代史可以概括如下。

大约 140 亿年前,整个可观测的宇宙——用你能想象到的最强望远镜所能看到的一切——都非常热和致密,但宇宙开始膨胀。随着它的膨胀,温度下降,疯狂飞舞的粒子渐渐安静下来,聚集成一团。随着时间的推移,这些物质质量创造了各种质量的恒星和行星,例如气态和崎岖的岩石,遍布整个宇宙——还有我们。

用两句话放在一起,这就是宇宙的历史。现在让我们填写此摘要的详细信息。没有意图、设计、前景、判断、计划或想法,我们仔细观察宇宙如何创造高度有序的粒子排列,从而产生原子、恒星,甚至生命的外壳。让我们来了解一下那些高阶结构是如何与热力学第二定律的指令相协调,默默走向无序的。现在,让我们来见证宇宙舞台上仍在进行的熵增两步注。

为此,我们需要多了解一点宇宙学的细节。首先,有以下几个问题。是什么驱使新生的高温、高密度宇宙膨胀?粗略地说,是什么引发了大爆炸?

重力将物质分开

对立词成对是很常见的,对立的词有无数对。物理学也在不断增加的此类反义词中发挥作用——有序与无序、物质与反物质、正反义等等。

但自牛顿时代以来,引力似乎将其与这种模式区分开来。与可以推拉的电磁力不同,重力似乎只是一种吸引力。根据牛顿的说法,重力在物体之间施加吸引力,吸引物体,无论是粒子还是行星,但相反,从不将物体分开。由于自然界中的每个机制都没有要求对称性的原理,因此大多数深入思考重力的人都将重力的偏心性质视为引力的一种独特特征,我做到了。是爱因斯坦改变了这种局面。

根据广义相对论,引力也可以作为排斥力。牛顿甚至没有想到排斥引力,你我都没有经历过这种力。但排斥引力的作用正是它听起来的样子。而不是拉入,拉开。根据爱因斯坦的方程,恒星和行星等大块块会产生正常的吸引力引力,但也有一些偏心的情况,引力会产生排斥作用。

和后来研究广义相对论的科学家一样,爱因斯坦也意识到引力可能是一种排斥力,但花了半个多世纪才找到最重要的例子。

宇宙膨胀的第一刻

当年轻的博士后 艾伦·古斯在思考大爆炸时,他意识到排斥性引力可以解决宇宙中一个令人讨厌的谜团。观测表明,宇宙显然在膨胀。爱因斯坦方程也承认这一点。但是,关于是什么力量导致了 140 亿年前开始并持续到今天的扩张,这个等式仍然非常封闭。1979 年 12 月的午夜,经过大量计算后,古斯对这个问题进行了数学研究,终于对爱因斯坦的方程开口了。

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古斯

如果某种物质充满了空间(我们称之为“宇宙的燃料”)并且燃料的能量均匀分布(像恒星或行星这样的质量)。如果不是),重力肯定会一种排斥力。

更准确地说,Goose 的计算是,如果一个直径为十亿分之一、十亿分之一或十亿分之一米的小区域充满某种能量场。水蒸气均匀地充满暴胀子,斥力引力作用巨大,面积爆炸式膨胀。结果表明,在可以说几乎是瞬间的短时间内,它被拉伸得尽可能多,如果不是更大的话比可观察的宇宙(能量场是暴胀暴涨)。它被称为暴胀场,而不是场。你可能认为我缺少的是错误的,但它是一个遵循命名法约定的名称)。于是排斥引力引起了爆炸,这当然是一次大爆炸。

1980年代初期,苏联物理学家安德烈·林德和两位美国物理学家保罗·斯坦哈特和安德烈亚斯·阿尔布雷特接住了鹅扔出的球,有了这个想法,他冲上去,做出了第一个真正有用的暴胀宇宙学。

在接下来的几十年里,受这些早期任务的启发,进行了数千页复杂的数学计算和大量详细的计算机模拟,世界各地的天体物理学期刊发表了大量基于假设的解释和预测过去是通货膨胀。多亏了艰苦而准确的天文观测,这些预测中的许多现在都被证实是正确的。

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