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天體 宇宙中的物體和天體從何而來(lái)?是無(wú)中生有嗎?科學(xué)家告訴你答案

相信很多人都知道,人類是生活在一個(gè)物質(zhì)的世界,不管是宏觀物質(zhì)還是微觀物質(zhì),它們都是組成這個(gè)世界的核心。沒有物質(zhì),也就沒有這個(gè)宇宙,沒有任何生命的誕生。
站在地球上,我們可以看到到處都是密集的物質(zhì)存在,可是當(dāng)我們走出地球,看到浩瀚宇宙的宇宙,卻發(fā)現(xiàn)宇宙的物質(zhì)密度可遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有地球上那么密集。在浩瀚的宇宙中,更多的還是接近于真空的星際空間,只有各種天體,星系,星云才有密集的物質(zhì)分布。
雖然宇宙大部分的空間都是接近真空的星際空間,但是物質(zhì)仍然是組成宇宙的主流。于是有人提出了一個(gè)非常有趣且值得我們思考的問(wèn)題:宇宙中的物體和天體從何而來(lái)?是無(wú)中生有嗎?現(xiàn)實(shí)生活中,一說(shuō)起無(wú)中生有,無(wú)疑是帶有貶義的一個(gè)詞。它指本來(lái)就沒有卻硬說(shuō)有,形容憑空捏造。


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可是在宇宙物質(zhì)世界里,物質(zhì)的誕生還真是無(wú)中生有,在宇宙沒有誕生之前,是沒有空間,時(shí)間的概念,更沒有任何物質(zhì)的存在,自然也沒有天體的存在。直到宇宙大爆炸之后,物質(zhì)才出現(xiàn)的,天體才出現(xiàn)的,你說(shuō)宇宙的物質(zhì)是不是無(wú)中生有?那么宇宙的物質(zhì)到底是什么樣的無(wú)中生有?要揭開這個(gè)謎團(tuán),我們還需要從宇宙的起源以及宇宙的演化來(lái)說(shuō)起。相信大家都知道,宇宙起源于138億年前的奇點(diǎn)大爆炸,那個(gè)這個(gè)奇點(diǎn)是什么呢?科學(xué)家對(duì)它的定義是一個(gè)質(zhì)量無(wú)限大,體積無(wú)限小的東西。
很多人對(duì)這個(gè)奇點(diǎn)還是難以理解,宇宙怎么可能會(huì)是由這樣一個(gè)神秘的東西誕生的?其實(shí)這個(gè)奇點(diǎn)簡(jiǎn)單一點(diǎn)來(lái)說(shuō),它就是一個(gè)無(wú)限能量的集合體,也就是它的內(nèi)部?jī)?chǔ)存著無(wú)窮的能量。而奇點(diǎn)大爆炸之后,這些無(wú)窮的能量被瞬間釋放出來(lái),然后才有了宇宙的誕生,而物質(zhì)也是由這些能量轉(zhuǎn)化而來(lái)。


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可能在過(guò)去,很多人對(duì)于能量能夠轉(zhuǎn)化為物質(zhì)不理解。可是在愛因斯坦提出質(zhì)能方程式之后,我們才明白,原來(lái)能量和物質(zhì)是可以相互轉(zhuǎn)化的。愛因斯坦認(rèn)為質(zhì)量就是能量,能量就是質(zhì)量,這只是事物的一體兩面,不同狀態(tài)下表現(xiàn)方式而已。2011年6月,美國(guó)布魯克海汶國(guó)家實(shí)驗(yàn)室中的相對(duì)論重離子對(duì)撞機(jī)(RHIC)將兩束金原子核加速到接近光速碰撞,在對(duì)撞機(jī)的STAR探測(cè)器上探測(cè)到了“夸克膠子等離子體”,也就是物質(zhì)和能量的之間的相變溫度,這個(gè)溫度大約是2萬(wàn)億攝氏度。
通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn),科學(xué)家證實(shí)了質(zhì)量與能量的確是可以相互轉(zhuǎn)化的,它們只是不同狀態(tài)下的表現(xiàn)形式不同而已。那么宇宙大爆炸之后能量又是如何轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的?后來(lái)又是如何演變?yōu)樨S富多彩的宇宙物質(zhì)世界?


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首先我們要明白,宇宙大爆炸之后能量是不可能一步到位就轉(zhuǎn)化為上百種元素,也不可能一步到位轉(zhuǎn)化為各種天體。我們都知道,目前我們發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)元素有118種,也就是我們都知道的元素周期表。元素周期表上的上百種元素物質(zhì),它們都是在宇宙大爆炸之后不斷形成的,可是形成這些元素的過(guò)程卻沒有那么簡(jiǎn)單。在宇宙大爆炸的初期有的只能高能電磁波,也就是我們所知道的光子。相信很多人都知道反物質(zhì)的存在,一般情況下,基本粒子都有自己的反粒子,比如電子的反粒子就是正電子。可是光子則不同,它的反粒子就是自己,集正反屬性于一起。
正反兩個(gè)粒子相撞時(shí),會(huì)發(fā)生湮滅并釋放出能量,每10億對(duì)光子對(duì)撞,會(huì)留下一個(gè)電子和正電子。而每10億對(duì)正電子和電子對(duì)撞,會(huì)留下一個(gè)正物質(zhì)粒子-電子,這也是為什么我們的宇宙主要是由正物質(zhì)主導(dǎo)的原因。


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這些粒子的對(duì)撞需要的溫度非常高,而宇宙大爆炸的瞬間以及早期正是一個(gè)溫度非常高的時(shí)期,相信很多人都知道普朗克溫度,它其實(shí)就是宇宙大爆炸瞬間產(chǎn)生的溫度,高達(dá)1億億億億攝氏度。正是在這樣的超級(jí)溫度之下,能量才能夠快速轉(zhuǎn)化為早期的氫和氦。元素周期表排名第一和第二的是氫和氦,它們也是宇宙最早誕生的元素,之所以它們最早誕生,主要是它們的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單,強(qiáng)大的能量釋放之下,最容易形成的兩種元素,其中氫占據(jù)宇宙的主要元素,這兩種元素的質(zhì)量占到了宇宙總質(zhì)量的99%以上。
當(dāng)氫和氦最早通過(guò)能量轉(zhuǎn)化形成之后,其它的元素這個(gè)時(shí)候能量級(jí)別已經(jīng)不夠了,無(wú)法直接通過(guò)宇宙的能量來(lái)進(jìn)化轉(zhuǎn)化。原因就是奇點(diǎn)大爆炸誕生了宇宙之后,整個(gè)宇宙的也在快速膨脹,同時(shí)溫度也在不斷下降。所以,氫和氦這種元素誕生形成的時(shí)間非常短暫,依靠大爆炸瞬間產(chǎn)生的超高溫度,能量轉(zhuǎn)化為了氫和氦兩種基本元素。

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