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宇宙已经进入了第六个也是最后一个时代。

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世界奇谈异事录

2022-01-11 13:25

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宇宙已经进入了第六个也是最后一个时代。

从大爆炸之前到现在,宇宙经历了许多时代。暗能量预示着最后的一个。

从宇宙暴胀到原始粒子汤,再到膨胀、冷却的后果,宇宙经历了我们宇宙历史上的许多重要阶段。

然而,大约60亿年前,一种新的能量形式开始主导宇宙的膨胀:暗能量,它现在决定了我们的宇宙命运。我们生活在一个黑暗能量主宰宇宙膨胀的时代,是我们宇宙将要经历的最后一个时代。

如今的宇宙与以往不一样。随着时间的流逝,会发生许多微妙但重要的变化,即使其中许多变化在可测量的人类时间尺度上是不可察觉的。宇宙正在膨胀,这意味着最大的宇宙结构之间的距离随着时间的推移而增加。

一秒钟前,宇宙略小。从现在开始的一秒钟,宇宙将稍微大一些。但这些微妙的变化都是在巨大的宇宙时间尺度上积累起来的,并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会发生变化。宇宙的温度在变化。你在天空中看到的东西也会发生巨大的变化。总而言之,我们可以将宇宙分解成六个不同的时代,而我们已经生活在最后一个时代。

其原因可以通过上图来理解。我们宇宙中存在的一切都有一定数量的能量:物质,辐射,暗能量等。随着宇宙的膨胀,这些形式的能量所占据的体积会发生变化,每种形式的能量密度都会以不同的方式演变。特别是,如果我们通过变量a来定义可观察视界,则:

  • 物质的能量密度将演变为1/a3,因为(对于物质)密度只是质量超过体积,并且质量可以很容易地通过以下方式转换为能量E = mc2

  • 辐射的能量密度将演变为1/a4,因为(对于辐射)数字密度是粒子的数量除以体积,并且每个光子的能量随着宇宙的膨胀而延伸,增加了相对于物质的1 /a的额外因子。

  • 暗能量是空间本身的一个属性,因此它的能量密度保持不变(1/a0),而不管宇宙的膨胀或体积如何

因此,一个存在时间更长的宇宙将会膨胀得更多。它将来会更冷,过去会更热;它在过去在引力上更加均匀,现在更拥挤;它在过去较小,将来会大得多。

通过将物理定律应用于宇宙,并将可能的解决方案与我们获得的观测结果和测量结果进行比较,我们可以确定我们从哪里来,以及我们要去哪里。我们可以将我们的历史一直推回到热大爆炸的开始,甚至更早,到宇宙暴胀的时期 。我们也可以将我们现在的宇宙推断到遥远的未来,并预见等待一切存在的最终命运。

当我们根据宇宙的行为方式绘制分界线时,我们发现有六个不同的时代将会发生。

  1. 暴胀时代:在热腾腾的大爆炸之前并建立起来。

  2. 原始汤时代:从热的大爆炸开始,直到最终的核与粒子相互作用发生在早期宇宙。

  3. 等离子体时代:从非散射核和粒子相互作用的结束,直到宇宙冷却到足以稳定地形成中性物质。

  4. 黑暗时代:从中性物质的形成到第一批恒星和星系完全电离宇宙的星系际介质。

  5. 恆星時代:從再離化結束,直到重力驅動的大尺度結構的形成和生長停止,當暗能量密度主導於物質密度時。

  6. 暗能量时代:我们宇宙的最后阶段,膨胀加速,断开连接的物体不可逆转地和不可逆转地彼此远离。

数十亿年前,我们已经进入了这个最后的时代。大多数将定义我们宇宙历史的重要事件已经发生。

1.)通货膨胀时代。在炽热的大爆炸之前,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颗粒。相反,它充满了空间本身固有的一种能量形式:一种导致宇宙以指数方式极其迅速和无情地膨胀的能量形式。

  • 它将宇宙从它曾经拥有的任何几何形状延伸到一种与空间平坦无法区分的状态。

  • 它把宇宙中一小块因果相连的斑块扩大到一个比我们目前可见的宇宙大得多的地块:比现在的因果视界大。

  • 它带走了任何可能存在的粒子,并迅速地膨胀了宇宙,以至于它们都没有留在我们可见宇宙大小的区域内。

  • 在暴胀期间发生的量子涨落创造了结构的种子,从而产生了我们今天庞大的宇宙网。

然后,突然,大约138亿年前,通货膨胀结束了。所有这些能量,曾经是空间本身固有的,被转化为粒子,反粒子和辐射。随着这种转变,通货膨胀时代结束了,热腾腾的大爆炸开始了。

2.)原始汤时代。一旦膨胀的宇宙充满了物质、反物质和辐射,它就会冷却。每当粒子碰撞时,它们都会产生物理定律允许的任何粒子- 反粒子对。主要限制仅来自所涉及的碰撞的能量,因为生产受以下因素的支配:E = mc2.

随着宇宙冷却,能量下降,创造更多质量粒子反粒子对变得越来越困难,但湮灭和其他粒子反应继续有增无减。大爆炸后1到3秒,反物质全部消失,只留下物质。大爆炸后三到四分钟,可以形成稳定的氘,并发生轻元素的核合成。在一些放射性衰变和一些最终的核反应之后,我们只剩下一个由光子、中微子、原子核和电子组成的热(但冷却)电离等离子体。

3.)等离子时代。一旦这些光核形成,它们就是宇宙中唯一带正(电)电的物体,它们无处不在。当然,它们被等量的电子形式的负电荷所平衡。原子核和电子形成原子,因此这两种粒子会立即找到彼此,形成原子并为恒星铺平道路,这似乎是很自然的。

不幸的是,对于他们来说,它们的数量远远超过光子 - 超过十亿比一。每当电子和原子核结合在一起时,就会有一个足够高能量的光子出现并将它们炸开。直到宇宙急剧冷却,从数十亿度到几千度,中性原子才能最终形成。(即便如此,这也可能只是因为特殊的原子跃迁

在等离子体时代开始时,宇宙的能量含量以辐射为主。到最后,它由正常物质和暗物质主导。第三阶段将我们带到大爆炸后38万年。

4.)黑暗时代时代。充满中性原子,终于,引力可以开始宇宙中形成结构的过程。但是,有了所有这些中性原子,我们目前所知的可见光在整个天空中都是看不见的。

为什么?因为中性原子,特别是宇宙尘埃的形式,在阻挡可见光方面非常出色。

为了结束这些黑暗时代,星系际介质需要再电离。这需要大量的恒星形成和大量的紫外线光子,这需要时间、引力和宇宙网的开始。再电离的第一个主要区域发生在大爆炸后2亿至2.5亿年,但平均而言,再电离直到宇宙5.5亿年才完成。在这一点上,恒星形成速度仍在增加,第一个大质量星系团才刚刚开始形成。

5.)恒星时代。一旦黑暗时代结束,宇宙就会对星光变得透明。宇宙的伟大隐蔽处现在是可访问的,恒星,星团,星系团,星系团和巨大的,不断增长的宇宙网都在等待被发现。宇宙在能量方面被暗物质和正常物质所支配,引力束缚的结构继续变得越来越大。

恒星形成速率上升和上升,在大爆炸后约30亿年达到顶峰。在这一点上,新的星系继续形成,现有的星系继续增长和合并,星系团吸引越来越多的物质进入它们。但是星系内的自由气体量开始下降,因为大量的恒星形成已经消耗了大量的自由气体。缓慢但稳定地,恒星形成速率下降。

隨著時間的推移,恆星的死亡率將超過出生率,而以下驚喜使這個事實變得更糟:隨著宇宙的膨脹下降,一種新形式的能量 ——暗能量—— 開始出現並主導。在大爆炸后大约78亿年,遥远的星系在彼此衰退中不再减速,并再次开始加速。加速的宇宙正在向我们走来。稍晚一点,在大爆炸后92亿年,暗能量成为宇宙中能量的主要组成部分。在这一点上,我们进入了最后的时代。

6.)暗能量时代。一旦暗能量接管,一些奇怪的事情就会发生:宇宙中的大尺度结构停止生长。在暗能量接管之前被引力束缚的物体将继续被束缚,但那些尚未被暗能量时代开始束缚的物体将永远不会被束缚。相反,它们只会加速远离彼此,在虚无的广阔空间中过着孤独的生活。

单个绑定的结构,如星系和星系群/星系团,最终将合并形成一个巨大的椭圆星系。现有的恒星将死亡;新的恒星形成会减慢到涓涓细流,然后停止;引力相互作用会将大部分恒星喷射到星系间深渊中。行星将螺旋进入其母星或恒星残骸,由于引力辐射的衰变。即使是寿命非常长的黑洞,最终也会因霍金辐射而衰变。

最后,只有黑矮星和质量太小而无法点燃核聚变的孤立质量将保留下来,在这个空旷,不断膨胀的宇宙中,人口稀少,彼此脱节。这些最终状态的尸体甚至会存在多年,因为暗能量仍然是我们宇宙中的主导因素。只要稳定的原子核和空间结构本身没有经历某种不可预见的衰变,只要暗能量的行为与它所显示的宇宙学常数相同,这种命运是不可避免的。

暗能量统治的最后一个时代已经开始了。60亿年前,暗能量对宇宙的膨胀变得很重要,并在我们的太阳和太阳系诞生时开始主导宇宙的能量含量。宇宙可能有六个独特的阶段,但在整个地球历史中,我们已经进入了最后一个阶段。好好看看我们周围的宇宙。它再也不会如此丰富——或者如此容易获得。


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