Question

宇宙粒子能量行星系最初起因可推衍吗，起源成因有什么？！周期可追溯

宇宙粒子能量行星系最初起因可推衍吗，起源成因有什么？！周期可追溯吗？！

Answer 1

宇宙是如何产生的？其实我们的祖先很早就进行了探索，并给出了我们今天都还认为是不错的答案。我国汉朝时期的扬雄在他的《太玄.玄》一书中，把“宇宙”解释为“阖天谓之宇，辟宇谓之宙。”意思是说天地混沌未分叫做宇，天地开辟产生了时空叫做宙。这里的“辟”字，似乎可以理解“宇宙大爆炸”，即宇宙由混沌状态过渡到时空状态的基本动作。也就是说，天地在开化之前就有一种实实在在存在的东西，它为宇宙后来的开化提供了物质基础，是宇宙最基本的物质形态，只不过这种物质形态还处在未开化的混沌状态之中。而宇宙大爆炸则将这种最基本的物质从混沌状态中开化出来，进入到时间和空间状态之中。

20世纪以来，天文学家们建立起多种宇宙模型。概括起来主要有两大派别：一类叫稳恒态宇宙模型，它认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是不随时间变化的，稳恒不变。不仅在空间上是均匀的，各向同性的，而且在时间上也是稳定的。这是1948年英国天文学家邦迪（Hermann Bondi）等人提出的；另一类叫演化态模型，它认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是随时间在变化的。这是1922年，苏联数学家弗里德曼（Friedmann）在解爱因斯坦引力场方程时得到的。在众多的宇宙模型中，目前影响较大的是热大爆炸宇宙学说。

现代物理宇宙学也通常认为宇宙起源于大爆炸，即约137.3亿（±1%）年前由一个密度极大、温度极高的状态膨胀而来。宇宙大爆炸理论是现代宇宙学的一个主要流派，它能较满意地解释宇宙中的一些根本问题。宇宙大爆炸理论虽然在20世纪40年代才提出，但20年代以来就有了萌芽。20年代时，若干天文学者均观测到，许多河外星系的光谱线与地球上同种元素的谱线相比，都有波长变化，即红移现象。到了1929年，美国天文学家哈勃总结出星系谱线红移星与星系同地球之间的距离成正比的规律。他在理论中指出：如果认为谱线红移是多普勒效应的结果，则意味着河外星系都在离开我们向远方退行，而且距离越远的星系远离我们的速度越快。这正是一幅宇宙膨胀的图像。1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论，认为整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。40年代美国天体物理学家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理论。该理论认为，宇宙在遥远的过去曾处于一种极度高温和极大密度的状态，这种状态被形象地称为“原始火球”。所谓原始火球也就是一个无限小的点，现在的宇宙仍会继续膨胀，也就是无限大，有可能宇宙爆炸的能量散发到极限的时候，宇宙又会变成一个原始火焰即无限小的点以后，火球爆炸，宇宙就开始膨胀，物质密度逐渐变稀，温度也逐渐降低，直到今天的状态。这个理论能自然地说明河外天体的谱线红移现象，也能圆满地解释许多天体物理学问题。直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论。

　　60年代，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙大爆炸理论的新的有力证据，他们发现了宇宙背景辐射，后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹，从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们在测定银晕气体射电强度时，在7.35cm波长上，意外探测到一种微波噪声，无论天线转向何方，无论白天黑夜，春夏秋冬，这种神秘的噪声都持续和稳定。相当于三K摄氏度的黑体发出的辐射。这一发现使天文学家们异常兴奋，他们早就估计到当年大爆炸后，今天总会留下点什么，每一个阶段的平衡状态，都应该有一个对应的等效温度，作为时间前进的嘀嗒声。彭齐亚斯和威尔逊也因此获1978年诺贝尔物理学奖。

　　20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。他对于宇宙起源后10－43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释。宇宙的起源：最初是比原子还要小的奇点，然后是大爆炸，通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此，大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。

　　大爆炸理论的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀，结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时，中子开始失去自由存在的条件，它要么发生衰变，要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后，早期形成化学元素的过程结束，宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时，辐射减退，宇宙间主要是气态物质，气体逐渐凝聚成气云，再进一步形成各种各样的恒星体系，成为我们今天看到的宇宙。

　　从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来，通过几十年的努力，宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史：大爆炸开始时约137亿年前，极小体积，极高密度，极高温度；大爆炸前10－43秒宇宙从量子背景出现；10-35秒宇宙由夸克-胶子等离子体构成，强相互作用、引力与电磁相互作用/弱相互作用分开；10-5秒电子形成，宇宙主要包括光子、电子和中微子，温度约1000亿度；10秒质子和中子结合成氘、氦等原子核，温度30亿度；35分钟形成原子核的过程（核融合，nucleosynthesis）停止，温度3亿度。 30万年电子和原子核结合成为原子，物质和辐射脱耦，大爆炸辐射的残余成为今天的3K微波背景辐射；4亿年第一批恒星形成；20亿年星系形成；50亿年太阳系形成。目前宇宙还在继续膨胀之中，这在观测上为哈勃定律所概括。

　　大爆炸宇宙模型（big-bang model）是一种广为认可的宇宙演化理论。其要点是，宇宙是从温度和密度都极高的状态中由一次“大爆炸”产生的。时间至少发生在100亿年前。这种模型基于两个假设：第一是爱因斯坦提出的，能正确描述宇宙物质的引力作用的广义相对论；第二是所谓宇宙学原理，即宇宙中的观测者所看到的事物既同观测的方向无关也同所处的位置无关。这个原理只适用于宇宙的大尺度上，而它也意味着宇宙是无边的。因此，宇宙的大爆炸源不是发生在空间的某一点，而是发生在同一时间的整个空间内。有这两个假设，就能计算出宇宙从某一确定时间（称为普朗克时间）起始的历史，而在此之前，何种物理规律在起作用至今还不清楚。宇宙从那时起迅速膨胀，使密度和温度从原来极高的状态降下来，紧接着，预示质子衰变的一些过程也使物质的数量远超过反物质，如同我们今天所看到的一样。许多基本粒子在这一阶段也可能出现。过了几秒钟，宇宙温度就降低到能形成某些原子核。这一理论还预言能形成一定数量的氢、氦和锂的核素，丰度同今天所看到的一致。大约再过100万年后，宇宙进一步冷却，开始形成原子，而充满宇宙中的辐射则在宇宙空间自由传播。这种辐射称为宇宙微波背景辐射，它已经被观测所证实。除了原始物质和辐射外大爆炸理论还预言，现在宇宙中应充满中微子，它们是无质量或无电荷的基本粒子。现在科学家们正在努力找寻这种物质。

　　大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实：一是理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的，因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短，即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。二是观测到河外天体有系统性的谱线红移，而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释，那么红移就是宇宙膨胀的反映。三是在各种不同天体上，氦丰度相当大，而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论，早期温度很高，产生氦的效率也很高，则可以说明这一事实。四是根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等，可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。

　　按照大爆炸理论，宇宙是137亿年前从一个极小的点诞生的，从那里诞生了时间和空间、质量和能量，从而由物质小微粒聚集成大团的物质，最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前，宇宙中没有物质，没有能量，甚至没有生命。但是大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样，或者说发生这次大爆炸的原因是什么？按照大爆炸理论，宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程，从大爆炸到黑洞的周而复始，便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。

　　大爆炸理论虽然并不成熟，但是仍然是主流的宇宙形成理论。关键在于目前有一些证据支持大爆炸理论。一是红位移：从地球的任何方向看去，遥远的星系都在离开我们而去，由此可以推出宇宙在膨胀，且离我们越远的星系，远离的速度越快。二是哈勃定律：一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。V＝H×D 其中，V（Km/sec）是远离速度；H（Km/sec/Mpc）是哈勃常数，为50；D（Mpc）是星系距离。1Mpc＝3.26百万光年。三是氢与氦的丰存度：由模型预测出氢占25％，氦占75％，已经由试验证实。四是微量元素的丰存度：对这些微量元素，在模型中所推测的丰存度与实测的相同。五是3K的宇宙背景辐射：根据大爆炸学说，宇宙因膨胀而冷却，现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬，1965年，3K的背景辐射被测得。六是背景辐射的微量不均匀：证明宇宙最初的状态并不均匀，所以才有现在的宇宙和现在星系和星团的产生。

但是，大爆炸理论也有些根本性问题没解决。如大爆炸前的宇宙是什么样，大爆炸是怎么引起的、宇宙的膨胀未来是什么结局？大爆炸理论最大的缺陷就是无法回答大爆炸之前这一奇异的点来源于何方？大爆炸理论存在了100多年了，但令人惊讶的是，这一理论的发展将把人们对宇宙诞生和灭亡的认识不可避免地引向神创说，教皇约安-帕维尔二世早就在其书信中称当代的宇宙论与《圣经》中的论述不谋而合。

　　另有资料报道，科学家正在研究一种宇宙形成的新理论。这一理论认为，大爆炸发生前，宇宙还曾发生过另外一次大震荡，这意味着可能还有一个看不见的宇宙与现有的宇宙共存。科学家认为，大爆炸发生前，宇宙是由两个四维平面构成的，其中一个平面是我们今天的宇宙，另外一个是“隐藏”的宇宙。这一隐藏宇宙的随机波动，使其产生变形和接近我们的宇宙。当它“溅”入我们所在的宇宙时，撞击产生的能量在大爆炸中转化为现在宇宙的物质和能量。这一看法强调了宇宙与微观世界的联系，但只有等人们对空间和时间有了更深入的认识后，才能进一步确认。

关于宇宙的问题虽然没有解决，但是我们可以看到这样的事实：一是人是宇宙物质演化的结果，而人的思维又反过来认识宇宙间的万物，充分体现了人的智慧和力量；二是人类对宇宙的认识，特别是近几十年来在观测事实和理论分析中都有巨大的飞跃，它预示着未来一定会有突破，这是人类社会和科学发展的必然规律。