宇宙中最初的氫和氦來真的是無中生有嗎?愛因斯坦告訴你答案

宇宙中最初的氫和氦來真的是無中生有嗎?愛因斯坦告訴你答案

本文參加#科學了不起#系列徵文賽。

宇宙是一個物質的世界,在人類沒有走出地球之前,我們從宏觀上看到的地球,到處都是各種物質,大地,高山,海等這些宏觀可見的東西,它們都是物質構成的。

隨着人類走進科技時代,發明了顯微鏡之後,我們看到了宏觀背後微觀世界,在宏觀世界裏,我們看不到任何東西的空間裏,在顯微鏡之下同樣存在着大量的微觀粒子,它們也是物質。

當我們走出地球看到了浩瀚的宇宙之後,認知也有了大幅提升。在很多人看來,宇宙是真空的,天體之間的距離也非常大,平均都在數光年以上,天體之間的空闊地帶應該沒有物質的存在。可事實上,宇宙沒有絕對的真空,在我們認為沒有物質的真空中,仍然存在着一些微觀粒子,只是我們肉眼看不到。

宇宙中最初的氫和氦來真的是無中生有嗎?愛因斯坦告訴你答案

物質構成了這個世界的一切,構成了整個宇宙。根據科學研究,地球上的總物質量達到了6億億億公斤,而地球所在的太陽系總質量達到了200萬億億億公斤。銀河系的總質量更是太陽質量的一萬億倍,而銀河系也只不過是可觀測宇宙範圍內的一粒塵埃。

由此可見,宇宙的總質量更是一個我們無法想象的數字,看到這裏很多人要問了,宇宙中的這些龐大的物質是如何來的?其實它們的來歷跟恆星有着密切的關係。恆星相當於宇宙元素的提煉加工廠,它是宇宙誕生後不久就出現了。

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恆星內部的核聚變可以將氫元素聚變成氦元素,而氦元素又進一步發生核聚變生成更重的氧元素以及其它的元素。我們都知道,元素週期表有118種元素,這只是目前人類已經發現的,而在宇宙中可能還存在着一些我們沒有發現的未知元素。

如此多的元素都是恆星通過核聚變轉化而來的嗎?當然不是,恆星的核聚變只能將氫元素轉化到鐵元素這個位置,而後面的那些更重的元素則需要其它的方式,比如恆星末期發生的超新星爆發,中子星碰撞等。

宇宙中最初的氫和氦來真的是無中生有嗎?愛因斯坦告訴你答案

不管是超新星爆發,還是中子星碰撞,它們的起源都跟恆星有關,恆星壽命走到末期會發生超新星爆發,而中等質量的恆星超新星爆發之後就會形成中子星。由此可見,恆星對於宇宙的演化有多麼的重要,如果沒有它們,也就沒有現在宇宙的一切。

現在我們知道了宇宙90多種重元素的來歷,那麼宇宙最初的氫和氦又是來自於哪裏?難道真的是無中生有?首先我們要明白,站在科學的角度,不存在無中生有這樣的事情。宇宙最初的氫和氦也是必然有其來源的,它們跟隨着宇宙大爆炸而出現。

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根據大爆炸理論,宇宙中最初是沒有任何物質的,就連空間都不存在。在138億年前,宇宙就是一個時空奇點,後來這個時空奇點發生了大爆炸,一個時空奇點能夠以大爆炸的形式展開,説明有一股巨大的純能量在推動着它。

這股能量讓時空奇點在大爆炸之後誕生的空間快速膨脹,根據科學家的研究,宇宙曾短暫經歷過幾何指數式增長,在很短的時間內,宇宙空間就擴展到非常大。隨着快速的膨脹擴展,這股巨大的能量也得以快速分散開來,到達宇宙的各個角落。

隨着宇宙的快速膨脹,温度也在逐漸降低,到了宇宙誕生後10^-33秒,宇宙空間暴脹結束,純能量開始轉變為各種基本粒子。可能有朋友會問了:能量怎麼能夠轉化為基本粒子?其實這個問題的答案愛因斯坦的質能方程式已經告訴我們了。

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愛因斯坦用質能方程式告訴我們,質量和能量從某種意義上來講是等價的,它們二者沒什麼本質區別,是物質的兩種表現形式。在温度提升到某個程度之後,物質就以能量的形式存在,當温度下降到某個程度之後,物質就會以質量的形式存在,所以它們是可以相互轉化的。

時空奇點集聚了巨大的能量,當它發生大爆炸的時候,能量級別是非常高的,在這個温度之下質量只能以能量的形式存在。可是隨着宇宙的暴漲,空間呈現幾何指數擴大,宇宙温度也在不斷下降。

宇宙中最初的氫和氦來真的是無中生有嗎?愛因斯坦告訴你答案

温度下降了之後,質量就無法保持純能量的形式,只能轉化為基本粒子。當然氫和氦也不是由純能量直接轉化而來,而是由最初的正物質粒子在宇宙誕生後100微秒,夸克聚集形成質子和中子,質子也就是氫原子核。大爆炸幾分鐘後,質子和中子結合在一起形成了氦原子核,有了氦元素。

根據質子和中子的比例關係,可以推測出宇宙最初產生的氫和氦的質量比為3:1,這就是宇宙最初的氫和氦的來歷,它們並不是無中生有。看到這裏,可能有人會説了,能量能夠轉化為物質,這是多麼神奇的一種能力。如果温度能夠達到,那是不是人類就可以創造物質?

宇宙中最初的氫和氦來真的是無中生有嗎?愛因斯坦告訴你答案

質能方程式的確告訴我們,能量和物質是可以相互轉化的,可是要達成這個轉化條件是非常困難的,而需要的這個温度目前只在宇宙大爆炸的瞬間出現過。所以,你在現實當中是無法實現能量轉化為物質的。

當然,科學的力量是無窮的,只要人類將科技發展到終極的時候,創造出一個達到能量轉化物質的温度空間,或許也是可以做到的。如果未來我們真的做到了,那是否意味着人類也可以創造一個宇宙出來?若是這樣,那我們將不得不思考這個宇宙的來歷,它會不會也是宇宙之外的一個高級文明創造出來的?

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