宇宙中的物體和天體從何而來?是無中生有嗎?科學家告訴你答案
相信很多人都知道,人類是生活在一個物質的世界,不管是宏觀物質還是微觀物質,它們都是組成這個世界的核心。沒有物質,也就沒有這個宇宙,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存在,可是當我們走出地球,看到浩瀚宇宙的宇宙,卻發現宇宙的物質密度可遠遠沒有地球上那麼密集。在浩瀚的宇宙中,更多的還是接近於真空的星際空間,只有各種天體,星系,星雲才有密集的物質分佈。
雖然宇宙大部分的空間都是接近真空的星際空間,但是物質仍然是組成宇宙的主流。於是有人提出了一個非常有趣且值得我們思考的問題:宇宙中的物體和天體從何而來?是無中生有嗎?現實生活中,一說起無中生有,無疑是帶有貶義的一個詞。它指本來就沒有卻硬說有,形容憑空捏造。
那麼宇宙的物質到底是什麼樣的無中生有?要揭開這個謎團,我們還需要從宇宙的起源以及宇宙的演化來說起。相信大家都知道,宇宙起源於138億年前的奇點大爆炸,那個這個奇點是什麼呢?科學家對它的定義是一個質量無限大,體積無限小的東西。
很多人對這個奇點還是難以理解,宇宙怎麼可能會是由這樣一個神秘的東西誕生的?其實這個奇點簡單一點來說,它就是一個無限能量的集合體,也就是它的內部儲存著無窮的能量。而奇點大爆炸之後,這些無窮的能量被瞬間釋放出來,然後才有了宇宙的誕生,而物質也是由這些能量轉化而來。
2011年6月,美國布魯克海汶國家實驗室中的相對論重離子對撞機(RHIC)將兩束金原子核加速到接近光速碰撞,在對撞機的STAR探測器上探測到了“夸克膠子等離子體”,也就是物質和能量的之間的相變溫度,這個溫度大約是2萬億攝氏度。
透過這個實驗,科學家證實了質量與能量的確是可以相互轉化的,它們只是不同狀態下的表現形式不同而已。那麼宇宙大爆炸之後能量又是如何轉化為物質的?後來又是如何演變為豐富多彩的宇宙物質世界?
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,集正反屬性於一起。
正反兩個粒子相撞時,會發生湮滅並釋放出能量,每10億對光子對撞,會留下一個電子和正電子。而每10億對正電子和電子對撞,會留下一個正物質粒子-電子,這也是為什麼我們的宇宙主要是由正物質主導的原因。
元素週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,主要是它們的結構非常簡單,強大的能量釋放之下,最容易形成的兩種元素,其中氫佔據宇宙的主要元素,這兩種元素的質量佔到了宇宙總質量的99%以上。
當氫和氦最早透過能量轉化形成之後,其它的元素這個時候能量級別已經不夠了,無法直接透過宇宙的能量來進化轉化。原因就是奇點大爆炸誕生了宇宙之後,整個宇宙的也在快速膨脹,同時溫度也在不斷下降。所以,氫和氦這種元素誕生形成的時間非常短暫,依靠大爆炸瞬間產生的超高溫度,能量轉化為了氫和氦兩種基本元素。
可是依靠恆星內部核聚變的能量只能將氫元素煉化到鐵原子這個地步,後面的那些重元素想要誕生,就需要另外的方法,那就是超新星爆炸和中子星碰撞融合。只有超級能量的瞬間釋放,才能夠不斷形成更重要的元素。
當宇宙聚集的各種元素越來越豐富之後,各種天體的形成也就非常自然了。由此可見,宇宙中的物質其實就是無中生有而來的,是奇點大爆炸瞬間產生的超高能量最先形成了氫和氦,後來氫和氦又透過恆星的核聚變形成了碳和氧等元素。
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