宇宙大爆炸|宇宙大爆炸真的是爆炸吗?了解宇宙大爆炸过程中的细节


宇宙大爆炸|宇宙大爆炸真的是爆炸吗?了解宇宙大爆炸过程中的细节
本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
我们讲个故事 , 好吗?
有一个鸡蛋 , 我们可以叫它罗伯特 。 罗伯特是一个巨大的“鸡蛋” , 内部充满了能量 。 但是 , 这颗“鸡蛋”的内部发生了一些不寻常的事情 , 可能是内部的能量失去了平衡 , 之后罗伯特以一种爆炸的方式裂开 。

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图解:鸡蛋“罗伯特” 。 图源:Quora
现在 , 罗伯特残破的身体旁边空无一物 。 所以 , 没有原子 , 没有电子 , 没有任何物质 。 因此 , 也没有任何的力 , 比如 , 重力 , 电磁力 , 强力或弱力 。 因为 , 嘿 , 如果不存在任何物质 , 那么也不会存在任何重力了 , 你说是吧?
但是 , 罗伯特的能量在破壳而出之后发现了更多的空间 , 并且无限制地扩张 。 因此 , 它就一直在扩张 。
随着能量的散布 , 罗伯特生了三个孩子 ,
夸克(上夸克和下夸克 , 它们是从子宫里出来的!)
电子姐妹
中微子兄弟
当这3个人开始第一次哭泣时 , 在另一端 , 另外3个孩子是从反罗伯特的子宫里出生的 ,
反夸克
正电子姐妹(正电子)
反中微子兄弟
与他们一起 , 罗伯特也生出了其他人 , 如顶夸克 , 底夸克等 。

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图解:罗伯特的孩子们 。 Up/U:上夸克;Down/D:下夸克;Strange/S:奇异夸克;Charm/C:粲夸克;Top/T:顶夸克;Bottom/B:底夸克 。 图源:Quora
到这里 , 罗伯特的孩子遍地都是 。 当这些孩子开始一起上学的时候 , 它们彼此相遇 。 正如你可以想象到的 , 在学校中 , 罗伯特的孩子和邻居的孩子之间的“争斗”是不可避免的 。 它们之间相互作用 , 之后在这些物质之外产生更多的能量 。 它们中的一些躲得远远地 , 并不会参与“争斗” , 其它的则会在“争斗”中破坏自身以产生更多的能量 , 也即更多的孩子 。
之后 , 罗伯特的孩子和其它邻里的孩子逐渐成年 , 他们发现了网络 , 也发现了组交的类别 。 所以 , 以下组合就发生了 ,
1下夸克+ 2上夸克=质子 。
2下夸克+ 1上夸克=中子 。
是的 , 这就是质子和中子产生的过程 。 之后 , 空间进一步冷却 , 并且不断膨胀 。 第二代粒子产生了 。

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图解:质子和中子的产生 。 图左:质子;图右 , 中子 。 u:上夸克;d:下夸克 。 图源:Quora
到此时 , 还是质子和中子的时代 。 一个质子和它邻居的孩子中子进行了一场约会 , 最终密不可分 。 由此 , 它们的联合形成了第一个氢原子 。 相似地 , 两个质子和两个中子想要在一起生活 , 所以它们成为了氦原子 。
当宇宙充满了75%的氢原子家族和25%的氦原子家族时 , 一个时代来临了 。 现在 , 氢原子有了它们自己的邻居 , 称为“氢原子云”(见下图) 。 氢原子云随着时间在空间中运动 , 当它们越靠越近 , 它们之间的重力开始将它们混合起来 , 将它们拉进一个中心滚动 , 这个过程就像我们用搅拌机制作苹果派一样 。 由于这时的极高的压力和温度 , 质子和中子开始形成化学课本中元素周期表上的其它的元素 。

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图解:一个氢原子的邻里 , 氢原子云 。 图源:Quora
另一方面 , 它的邻居氦原子开始做同样的事 , 然后 , 它们形成了类似我们太阳的恒星 。
当然 , 这些都发生在大爆炸的几百万年之后 。
如果你曾经看过美国的纪录片《大爆炸理论》 , 那么你肯定知道这首歌 。

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我们的宇宙在一片炽热的致密状态 ,
然后在将近一百四十亿年前大爆炸开始了 。 之后经历了等待…
地球开始冷却 ,
自养微生物开始形成 ,
尼安德特人开始制造工具 ,
我们建造了一座墙(我们建造了金字塔) ,
数学 , 科学 , 历史 , 探索谜底 ,
所有这些都源于宇宙大爆炸!

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图解:所有事物都来源于宇宙大爆炸 。 图源:epochtimes
没有任何东西爆炸 。
爆炸指的是一个介质中超声速的冲击波的产生 , 并伴随着大量能量的产生 , 维持并驱动着冲击波 。

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图解:黎巴嫩首都爆炸 。 图源:量子位
如果大爆炸曾经发生过 , 那么它不是一种爆炸;因为没有冲击波的产生 。 它同时发生在此时此刻我们能看到的各个地方 。
相反 , 大爆炸是一种宇宙中所含物质的相变 , 从一些我们物理不能充分描述的早期的状态 , 到一种极端的等离子体状粒子汤 , 到一种实际的不透明等离子体 , 到今天我们看到的透明等离子体 。 其中我们唯一能够直接看到的部分是不透明到透明的相变过程 , 这就是所谓的宇宙微波背景 。

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图解:宇宙微波背景 。 图源:维基百科 。
这些早期的状态似乎与我们现在所看到的宇宙有着不同的空间和时间 , 所以就有了膨胀率的概念 , 自从万物变得清晰之后(可能在此之前的一些时间 , 否则宇宙微波背景将会看起来非常不一样) , 所有事物周围的空间都在增加 。
所以 , 大爆炸更像是驱动着宇宙从一种非常炽热的状态冷却到现在相对冷的状态 。 当它以一种早期的状态冷却下来之后 , 它将许多的动量投入到物质中 , 之后一直膨胀 。 或者 , 它以这样的方式形成空间 , 即物质具有大量动量作为起始状态 。 甚至于很难描述我们对于这种起始相变的及其有限的认知 , 因为它赋予了我们如今所知的宇宙和时间 。
作者: quora
FY: xazikyl.
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