栏目分类
热点资讯
你的位置:2021猫咪最新vip破解版-2021猫咪maomi最新域名 > 2021猫咪maomi最新域名 > 宇宙最热时是什么样的?

2021猫咪maomi最新域名

宇宙最热时是什么样的?

发布日期:2021-10-12 16:53    点击次数:138

宇宙什么时候最热?

我们的宇宙中充满了恒星和星系,它们都不是静态的,整个宇宙也不是静态的。遥远的星系在引力的作用下集聚,不断成群、成簇,它们构成了我们这个不断扩展的宇宙的一部分。同时,这些星群、星簇彼此之间也在以一定的速度远离。随着宇宙的扩展,在空间中的每一个光子的波长都会被拉伸,于是这些星群、星簇不仅变得越来越稀疏,也越来越冷。

图片

但这意味着,如果时光倒流,我们回到宇宙的过去,会发现宇宙不仅比它现在密度更大,而且比它现在温度更高。如果我们继续往更早的时间追溯(直到我们知道的最早时刻),那么我们就来到了“大爆炸”之初——这绝对是宇宙最热的时候。那将是什么样的一种情况呢?

能量和物质转化

在当今的宇宙中,粒子的存在都遵循一定的规则。

它们大多数具有质量,同时也存在相应的内部能量,这些能量与质量大小成正比。它们可以是物质(对应费米子),反物质(对应反费米子),也可以两者都不是(对应玻色子)。但是也有一些粒子是无质量的,它们通常都是以光速在运动。

每当物质和相应的反物质相互碰撞时,它们就会自发湮灭,这时通常会产生两个无质量的光子。如果你用足够大的能量将任意两个粒子碰撞在一起,就有机会创造新的物质和反物质粒子对。根据爱因斯坦的质能方程E=mc2,只要有足够的能量,我们就可以将能量转化为物质,反之,我们也可以将物质转化为能量。

没有质量的粒子

但是在宇宙早期,事情变得不是这样了。

我们发现,在“大爆炸”的早期阶段,在极高的能量条件下,(标准模型下的)每个粒子都是无质量的。在这些高温下,希格斯对称性会完全恢复(根据希格斯机制,对称性在破缺时会使粒子产生质量)。

由于宇宙太热了,不仅不能形成原子和原子核,而且连单个的质子和中子也不能形成。它这时就是一个高热、高密度的等离子体,其中充满了可能存在的粒子和反粒子。由于它能量太高,就连被称为宇宙“隐身人”的中微子和反中微子,也比其他任何时候都更频繁地变成其他粒子。

每微秒内,每个粒子都会撞击万亿次,并且都在以光速运动。除了我们知道的粒子外,很可能还有我们今天不知道的其他粒子和反粒子存在。

最热时能量有多大?

早期宇宙比我们在地球上能看到的任何东西都要热得多,并且充满能量。这些能量有多大呢?做个对比可以知道:它是最强的宇宙射线的100万倍,是大型强子对撞机能量的10亿倍。

在这么强大的能量下,也许以下这些粒子早已产生,比如:超对称粒子、大统一理论预测的粒子、构成我们目前认为的最小粒子的粒子、重型右旋中微子、各种的暗物质候选粒子……只是我们无法知道。

最热时温度有多高?

这是宇宙最热的时候吗?是的,有观测证据可以证明这一点——这是宇宙从未有过的高热和致密状态,但它的温度并不是无限高的。

这些证据就是今天我们观察到的宇宙微波背景:来自大爆炸余下的辐射光。它们是2.725K的波,在宇宙中均匀分布,只有仅几十或几百微开尔文的波动。通过这些涨落的频谱和幅度,我们知道,宇宙在大爆炸最早、最热的阶段,其温度是有一个上限的。

图片

在物理学中,(所有的一切)最高的能量在普朗克尺度上,大约为1019GeV(1GeV是将一个电子加速到十亿伏特的电位所需的能量)。超出这个能量,我们的物理定律将变得没有意义。

根据宇宙微波背景下的波动图,我们发现,宇宙并未达到最高温度(即1019GeV)。该波动图表明,我们宇宙曾经达到的最高温度仅为1016GeV,只有理论上普朗克尺度下温度的千分之一。换句话说,宇宙具有可以达到的最高温度,并且远低于普朗克尺度。

不同区域温度变化

宇宙微波背景不仅告诉了我们大爆炸达到的最高温度,还为我们提供了更多信息——比如,它告诉我们,形成今天宇宙结构的“种子”,是什么时候埋下的。

宇宙某一个区域之所以会冷却,是因为这个区域相对于其他区域密度较高,致使引力也相对较大,光线从引力势能较高的这些地方跑了出来。相应地,热的区域,都来自密度低于平均密度的地方。

随着时间的流逝,这些冷却下来的地方将成长为星系、星团和星系团,并将逐渐形成巨大的宇宙网。而那些热的地方,会在源源不断地把它们的物质交给温度更低、密度更高的区域后,在数十亿年的时间里,演变成巨大的宇宙空隙。

最高温度是短暂的

早期宇宙达到了最高温度(1016GeV)的时候,它的温度就会立即开始下降。

这是因为宇宙一直在膨胀。而每当宇宙膨胀时,随着空间结构的伸展,其中的波长(波完成一个振荡所需的距离)也随之伸长,从而使辐射的能量越来越低。较低的能量对应较低的温度,因此随着时间的流逝,宇宙不仅密度会降低,而且热量也会降低。

随着时间的流逝,不断扩展和冷却的宇宙将产生大量的变化,慢慢地,宇宙的结构和形态被创造出来了。