138億年前的宇宙發生了什麼


138億年前的宇宙發生了什麼

宇宙最初如何誕生,這一巨大問題一直困擾著人類。但隨著現代天文學的發展,人類逐漸認識到了宇宙的起源方式,天文學家提出了宇宙大爆炸理論。這一理論已經得到了四個獨立的科學證據的支持,它成為人類對宇宙創生的最好認知。

(1)退行的星系

這是宇宙大爆炸理論的第一個有力證據,由哈勃在上個世紀初發現。宇宙並非像此前人們所想的那樣是靜態的,大量遠離銀河系而去的星系表明,空間結構在擴張,宇宙本身在膨脹,由此導致宇宙中的大部分星系被互相拉開。哈勃的這一發現不但支持了宇宙大爆炸理論,而且也讓認為宇宙是靜態的愛因斯坦犯下了大錯。

138億年前的宇宙發生了什麼

既然星系之間都在遠離,那麼,如果時間回到過去,星系之間的距離會比現在更近。如果時間回溯到開端(距今138億年),宇宙中的所有物質和能量都會聚集在一起,空間結構也不存在,宇宙就回到了最初的狀態——奇點。

(2)宇宙微波背景輻射

既然早期宇宙中的物質和能量都會聚集在一起,這意味著那時宇宙非常緻密,溫度非常高。雖然宇宙空間已經膨脹了138億年,整個宇宙已經大幅度冷卻,但熾熱的早期宇宙將會留下熱殘餘,即便是現在還能被探測到。

138億年前的宇宙發生了什麼

在1964年,天文學家發現了理論預言中的宇宙微波背景輻射,這是早期宇宙的餘輝。經過138億年的冷卻之後,宇宙的平均溫度降低至2.725 K(-270.425 ℃)。

(3)演化的星系

既然宇宙有一個誕生過程,那麼,星系也必然有一個形成過程。由於光速是有限的,當我們觀測遙遠的宇宙時,我們看到的是久遠之前的宇宙。

138億年前的宇宙發生了什麼

目前的天文望遠鏡可以讓我們看到134億年前的星系,那個時候的星系還處於初始形態,完全不同於目前的星系。從哈勃深場、超深場、極深場中可以看到非常原始的星系,經過上百億年的漫長時間演化之後,原始星系才最終演化成像銀河系這樣的成熟星系。

(4)宇宙元素丰度

如果宇宙大爆炸理論是正確的,那麼,宇宙在誕生數分鐘之後只合成了輕元素,其中75%為氫,25%為氦。重元素都是在與恆星形成之後才被合成出來,它們在宇宙中的佔比非常低。

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通過光譜分析可知,宇宙的元素丰度正如理論預言那樣。目前的宇宙中仍然主要由氫和氦組成,無論是在整個太陽系,還是整個銀河系都是如此。當然,包括地球在內的一些天體的元素丰度並不遵循上述比例,這與行星的形成方式有關。

宇宙大爆炸理論不僅可以對已經觀測到的現象進行有效描述,而且還能準確預言尚未發現的宇宙現象。雖然在上述四個獨立的科學證據的有力支持下,宇宙大爆炸理論還不盡完美,但這個理論是目前最被廣泛接受的宇宙起源理論。

至於大爆炸之前的宇宙是什麼,這是目前理論所無法描述的。但大部分天文學家認為,時間在開端之前並不存在,並沒有大爆炸之前的概念。

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