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宇宙中的物体和天体从何而来?是无中生有吗?科学家告诉你答案

时间:2024-02-20 18:05:48

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宇宙中的物体和天体从何而来?是无中生有吗?科学家告诉你答案

相信很多人都知道,人类是生活在一个物质的世界,不管是宏观物质还是微观物质,它们都是组成这个世界的核心。没有物质,也就没有这个宇宙,没有任何生命的诞生。

站在地球上,我们可以看到到处都是密集的物质存在,可是当我们走出地球,看到浩瀚宇宙的宇宙,却发现宇宙的物质密度可远远没有地球上那么密集。在浩瀚的宇宙中,更多的还是接近于真空的星际空间,只有各种天体,星系,星云才有密集的物质分布。

虽然宇宙大部分的空间都是接近真空的星际空间,但是物质仍然是组成宇宙的主流。于是有人提出了一个非常有趣且值得我们思考的问题:宇宙中的物体和天体从何而来?是无中生有吗?现实生活中,一说起无中生有,无疑是带有贬义的一个词。它指本来就没有却硬说有,形容凭空捏造。

可是在宇宙物质世界里,物质的诞生还真是无中生有,在宇宙没有诞生之前,是没有空间,时间的概念,更没有任何物质的存在,自然也没有天体的存在。直到宇宙大爆炸之后,物质才出现的,天体才出现的,你说宇宙的物质是不是无中生有?

那么宇宙的物质到底是什么样的无中生有?要揭开这个谜团,我们还需要从宇宙的起源以及宇宙的演化来说起。相信大家都知道,宇宙起源于138亿年前的奇点大爆炸,那个这个奇点是什么呢?科学家对它的定义是一个质量无限大,体积无限小的东西。

很多人对这个奇点还是难以理解,宇宙怎么可能会是由这样一个神秘的东西诞生的?其实这个奇点简单一点来说,它就是一个无限能量的集合体,也就是它的内部储存着无穷的能量。而奇点大爆炸之后,这些无穷的能量被瞬间释放出来,然后才有了宇宙的诞生,而物质也是由这些能量转化而来。

可能在过去,很多人对于能量能够转化为物质不理解。可是在爱因斯坦提出质能方程式之后,我们才明白,原来能量和物质是可以相互转化的。爱因斯坦认为质量就是能量,能量就是质量,这只是事物的一体两面,不同状态下表现方式而已。

6月,美国布鲁克海汶国家实验室中的相对论重离子对撞机(RHIC)将两束金原子核加速到接近光速碰撞,在对撞机的STAR探测器上探测到了“夸克胶子等离子体”,也就是物质和能量的之间的相变温度,这个温度大约是2万亿摄氏度。

通过这个实验,科学家证实了质量与能量的确是可以相互转化的,它们只是不同状态下的表现形式不同而已。那么宇宙大爆炸之后能量又是如何转化为物质的?后来又是如何演变为丰富多彩的宇宙物质世界?

首先我们要明白,宇宙大爆炸之后能量是不可能一步到位就转化为上百种元素,也不可能一步到位转化为各种天体。我们都知道,目前我们发现的物质元素有118种,也就是我们都知道的元素周期表。元素周期表上的上百种元素物质,它们都是在宇宙大爆炸之后不断形成的,可是形成这些元素的过程却没有那么简单。

在宇宙大爆炸的初期有的只能高能电磁波,也就是我们所知道的光子。相信很多人都知道反物质的存在,一般情况下,基本粒子都有自己的反粒子,比如电子的反粒子就是正电子。可是光子则不同,它的反粒子就是自己,集正反属性于一起。

正反两个粒子相撞时,会发生湮灭并释放出能量,每10亿对光子对撞,会留下一个电子和正电子。而每10亿对正电子和电子对撞,会留下一个正物质粒子-电子,这也是为什么我们的宇宙主要是由正物质主导的原因。

这些粒子的对撞需要的温度非常高,而宇宙大爆炸的瞬间以及早期正是一个温度非常高的时期,相信很多人都知道普朗克温度,它其实就是宇宙大爆炸瞬间产生的温度,高达1亿亿亿亿摄氏度。正是在这样的超级温度之下,能量才能够快速转化为早期的氢和氦。

元素周期表排名第一和第二的是氢和氦,它们也是宇宙最早诞生的元素,之所以它们最早诞生,主要是它们的结构非常简单,强大的能量释放之下,最容易形成的两种元素,其中氢占据宇宙的主要元素,这两种元素的质量占到了宇宙总质量的99%以上。

当氢和氦最早通过能量转化形成之后,其它的元素这个时候能量级别已经不够了,无法直接通过宇宙的能量来进化转化。原因就是奇点大爆炸诞生了宇宙之后,整个宇宙的也在快速膨胀,同时温度也在不断下降。所以,氢和氦这种元素诞生形成的时间非常短暂,依靠大爆炸瞬间产生的超高温度,能量转化为了氢和氦两种基本元素。

随着宇宙的不断膨胀,氢元素和氦元素也在不断聚集,慢慢地形成了恒星。而恒星由于内部有一个核聚变反应堆,所以它成为了宇宙最重要的元素加工和提炼工厂。恒星通过内部的核聚变不断消耗氢,然后转化为碳和氧等元素。

可是依靠恒星内部核聚变的能量只能将氢元素炼化到铁原子这个地步,后面的那些重元素想要诞生,就需要另外的方法,那就是超新星爆炸和中子星碰撞融合。只有超级能量的瞬间释放,才能够不断形成更重要的元素。

当宇宙聚集的各种元素越来越丰富之后,各种天体的形成也就非常自然了。由此可见,宇宙中的物质其实就是无中生有而来的,是奇点大爆炸瞬间产生的超高能量最先形成了氢和氦,后来氢和氦又通过恒星的核聚变形成了碳和氧等元素。

等到大质量恒星生命走到尽头,发生超新星爆炸的瞬间又形成了其它的重元素。这此过程看似简单,其实是非常复杂神秘的漫长历程,通过这些,我们也明白了,宇宙的一切从本质上来讲,其实都是起源于能量。只要能量足够强大,它就可以创造宇宙,创造万物,甚至是创造生命。

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