宇宙是怎么诞生的（宇宙形成的过程）

太史妙柏 • 2022-07-27 14:10:14 • 6731次

宇宙诞生的一瞬间，物质并不存在，那时的宇宙就像一个由纯能量组成的“原始汤”，包含形成各种粒子所需的全部成分。在宇宙经历极短时间的暴胀之后，夸克、轻子、胶子、希格斯玻色子等一系列基本粒子就从纯能量中创造出来。

在138亿年前的宇宙创生之初，不但没有时间，而且就连空间以及空间中的物质、能量都没有。根据广义相对论的推测，宇宙最开始只是一个奇点，它拥有无限高的温度和密度，无限小的体积。

奇点也存在于黑洞的内部，包括最近刚刚直接发现的M87星系黑洞。在黑洞的中心，奇点似乎是稳定的。

然而，在最初的宇宙中，由于量子涨落，奇点并不稳定，它在大爆炸中创生出时间、空间和能量，宇宙开始形成并演化。

在宇宙诞生几分钟之后，随着宇宙的快速膨胀和冷却，最早出现的基本粒子开始结合在一起形成其他复合粒子，如质子和中子。质子即为氢原子核，质子和中子又会结合在一起形成氦原子核，同时还有极少量的氘、锂、铍原子核。

氢原子核和氦原子核的质量比为3:1。由于宇宙的温度和密度迅速下降，更多更重的原子核来不及形成，氢和氦就构成了宇宙的物质基础。

在宇宙形成之后的一段时间里，由于光子与带电粒子的耦合作用，宇宙是不透光的，所以我们无法通过光学手段来窥探宇宙最初时刻的景象。

直到宇宙经历38万年的膨胀和冷却之后，脱耦的光子可以在空间中自由传播，宇宙才变得透光，这就是我们通过光学手段所能观测到的最早宇宙景象。

这些最古老的光子如今还在整个宇宙中游荡，各个方向的分布都非常均匀，它们被称为宇宙微波背景辐射。

由于空间膨胀拉长了最初光子的波长，这些光已经成了肉眼无法看见的微波。各向同性的宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸理论最有力的证据之一。

经过大约1亿年的演化，宇宙的温度开始适合恒星的形成。氢、氦气体云在引力作用下形成了质量巨大的第一代恒星，它们的核聚变反应可以产生各种重元素。

并且在第一代恒星的短暂一生结束之时，剧烈的超新星爆发不但可以进一步合成更重的元素，而且还能把重元素抛射到的宇宙中，成为下一代恒星的原料。

虽然恒星合成了重元素，但与氢和氦相比，重元素的比例非常低。经过138亿年后，如今宇宙中99%的物质（不包括暗物质）仍然是由氢和氦组成，并且它们的质量比还是差不多3:1，这也能作为宇宙大爆炸理论的有力证据之一。

在第一代恒星出现之后不久，星系开始形成，其中也包括我们的银河系。如果我们现在观测最为遥远的宇宙，可以看到早期宇宙的星系都是一些尚在发育的星系，这也能支持宇宙大爆炸理论。

随着时间的推移，宇宙继续膨胀和演化，最终出现了包括人类在内的地球生命。人类通过观测宇宙中的星系发现，宇宙空间正在扩张，这是宇宙大爆炸理论第一个重要的证据。这也让爱因斯坦懊悔不应该在引力场方程中加入宇宙常数，以维持宇宙的稳定状态。