热大爆炸
热大爆炸-这是宇宙发展的时期,我们生活的最后阶段。 在此期间,观察到的宇宙部分最初是致密和炽热的,然后开始膨胀和冷却。 扩张速度一直放缓到最近。 请勿混淆:几乎可以肯定,热宇宙大爆炸并不是在宇宙的最早时刻开始的。
有些人将“ Hot Big Bang(HBV)”简称为“ Big Bang”。 其他人在谈到“大爆炸”时也暗示了更早的时间。 术语问题将在下一篇有关通货膨胀的文章中进行描述。
HBV在开始冷却之前处于最热状态的温度是多少?它是如何开始的?
当然,这还不为我们所知。 HBV可能在通货膨胀期结束时宇宙变热时开始。 在这种情况下,HBV的热量来自暗能量,该暗能量助长了通货膨胀,并且HBV的最高温度取决于可用暗能量的数量。
温度可以是:
- 高达普朗克温度的很大一部分(然后,宇宙是如此之热,以至于仅仅由于温度而产生黑洞),并且
- 低至与大型强子对撞机的能量相对应的温度(然后很难产生希格斯粒子)。
而且可能不会低于此标记。
有时将HBV的最高温度称为“再加热温度”,但“ re”一词可能会引起误解。 人们认为宇宙在通货膨胀之前和之后都是热的,因此发生了“再热”-您可以找到许多站点,书籍,视频和图像,它们都证明了相同的假设-但它并非基于任何假设。
接下来发生了什么?
我们非常确定,我们知道未来137亿年里发生的主要事件和许多细节。 宇宙逐渐膨胀(空间变大),因此变冷,变得更加空虚。 与通货膨胀之类的惊人事件相比,随后的时期相对无聊,尽管在此过程中遇到了非常重要的里程碑。
HBV开始后几分钟:
- 希格斯场打开(即其平均值变为非零),这确保了许多以前没有质量的粒子(包括在普通物质中发现的夸克和电子)都得到质量。 从那时起,希格斯场的值一直保持恒定,至少在宇宙的可观察部分。
- 夸克,反夸克和胶子自由飞行,形成强子,包括质子和中子。
- 形成了不同于氢的第一个原子核,其结果是在宇宙中出现了大量的氦和少量的氘(重氢)以及锂。 他们后来成为第一批星星的成分。
380,000年后,所有事物都充分冷却,足以形成第一个原子,从那一刻起,宇宙就变成了一个透明的地方,就像我们今天所看到的那样。 光线随后有机会在宇宙中自由移动,给了我们“遗迹辐射”。
大约一亿年后,第一批星系开始形成,第一批恒星也照亮了。 确切的时间范围尚未通过测量确定,但他们正在尝试做到。
现在,我们在乙肝病毒感染后大约生活了137亿年。 请注意,我没有写过“宇宙时代”,或者它始于137亿年前。 这不是我们确切知道的。 我们只知道GBV始于137亿年前-但我们不知道这一时刻是否接近整个宇宙的开始。
通货膨胀
通货膨胀的时代可能很短,但无疑是一个多彩的时期,在这个时期内,宇宙内部的空间,包括我们可见的部分(我们今天可以看到的),以绝对令人难以置信的速度迅速膨胀。 扩展速度是如此之快,以至于看起来很疯狂。 唯一使这一想法免于疯狂的事情是,通货膨胀理论得出的预测到目前为止与我们对空间的测量(包括
BICEP2项目所做的测量)一致。 这并不意味着它是正确的,而是意味着:
- 有充分的理由相信它是真实的,并且
- 今天没有人可以证明这是错误的。
再次:空间扩大了。 没关系,它被撕成碎片:空间变得更大。
看起来根本
不是爆炸 。
扩张速度有多疯狂? 从计算机屏幕的大小来看,宇宙的一部分已经扩展到如今观察到的宇宙部分的大小,甚至更多,而其时间却比夸克从质子的一侧到另一侧所需的时间短。 我什至不会尝试用数字充斥您,部分是因为我们真的不知道通货膨胀能持续多长时间,还因为数字表明太大的规模和太短的时间间隔让人无法想象。 实际上,宇宙的巨大部分几乎是由一小部分立即创建的。
这次扩张期间宇宙是什么样的? 空的 极度空虚。 如今,空余的空间比空间要多得多。 好冷 很黑 在通货膨胀开始之前,可能存在的所有物品立即被撕毁并在远距离被盗。 警告:关于空/暗/冷宇宙的陈述有一个非常重要且非常微妙的提示,我还不知道如何更精确地描述它。 准确地说,宇宙不仅是“极度”空的,而且是“最大”空的,黑暗的和寒冷的-除了量子涨落之外,什么都没有。
我们不知道通货膨胀之前发生了什么以及它如何开始。 有几种基于科学的合理理论,但它们都是推测,直到有人提出一种使用度量进行测试的方法。 可能根本不存在“通货膨胀之前”的时期-要么是因为通货膨胀一直在宇宙中某个地方蔓延,要么是因为如果回溯到过去足够远的时间是没有意义的,或者是由于其他原因。 但是在许多情况下,这并不重要,因为我将使用图像进行解释,并在此过程中回答一些常见问题。
是什么导致疯狂的通货膨胀率?
原因是大量的所谓的:
- “暗能量”(但这不是能量,是能量和负压的某种组合),或者
- “宇宙常数”(爱因斯坦的[不是]错误;幸运的是,这不是常数,否则宇宙将永远经历通货膨胀),或者
- “黑暗的平滑拉伸”(是的,但听起来很尴尬,什么也没解释)。
总的来说,在宇宙中这种物质很少,这就是为什么宇宙的膨胀率在过去的几十亿年中开始增加的原因。 但是,我们怀疑由于某种原因在某个时候它会更大。 因此,包含我们宇宙部分的区域正在以惊人的速度扩展,即遭受了“通货膨胀”。 图1、2和3包含关于通胀起因的未经证实且可能不正确的猜测。 这些猜想的4个细节不再具有任何意义。
图 1:一个完全没有根据的猜想,关于通货膨胀开始之前宇宙的某个部分的样子。 由于某些未知的原因,灰色区域包含大量的暗能量。 在灰色区域内,我绘制了一些对象,分别用绿色和红色的点表示。 我不知道灰色地带以外的地方,但最后没关系。如此大量的暗能量从何而来?
我们不知道。 有几种假设,其中一些已经被最新数据所拒绝。 我们希望在未来十年中更多地了解该主题。
图 2:暗能量导致灰色区域扩大。 灰色区域中的对象(绿色和红色点)随着包含暗能量的空间的扩展而散开,暗能量变得越来越庞大,而不会移出灰色区域。如果膨胀膨胀暗能量,膨胀速度为什么不慢?
奇怪且令人惊讶的是,随着宇宙的膨胀及其体积的增长,单位体积暗能量的数量保持恒定。 这意味着通货膨胀会不断增加,并且不会减慢,直到使暗能量消失为止。
图 3:由于暗能量与常规材料不同,不会随着空间扩大而变得越来越稀少,并且其密度保持恒定,因此灰色区域会继续扩大。 到这个时候,除了一个点以外,所有的绿色和红色点都已经消失了。 无论开始时扩展区域的温度如何,它都会变得非常冷(在条件允许的情况下)。绿点和红点彼此之间的移动速度非常快。
这是否意味着所有事物都以超过光速(普遍的速度极限)的速度彼此远离的惊人扩展?
是的,是的。
这是否违反了爱因斯坦的相对论?
不,它不会损坏。 爱因斯坦的理论认为,如果两个物体在空间的某一点彼此通过,那么对于观察者与它们中的一个一起移动,另一个物体的测量速度将永远不会超过光速。 但是,如果空间本身扩展,则两个不同位置的两个物体彼此之间的移动速度可能会比光速快。 这正是正在膨胀的宇宙中发生的事情。
图 4:通货膨胀时代的本质。 此时,膨胀使存在于图2中灰色区域的所有物体散布开来。 1(红色和绿色的点)彼此相距非常远。 灰色区域扩大到了难以置信的巨大尺寸,变得非常空旷和寒冷。 扩展可以分几个阶段进行。 图中所示的初步猜测。 1和图。 2,与这部分宇宙的属性完全不相关; 如果我们对无花果开始一个非常好的猜测。 1和2,我们仍然会得到相同的图片。 4。我以为“大爆炸”与一个非常炎热的宇宙有关。 现在你说她很冷吗?
是的,是的。 好吧,几乎就是这样。 她尽可能的冷。 但是,量子涨落的存在引入了它自己的特性。 通货膨胀后,宇宙变得很热(稍后再讨论)。 在通货膨胀之前某个时候是否很热,这个问题纯粹是投机性的。 没有证据支持或反对。 但是在充气过程中,温度下降到绝对零值之上的一小部分。
图 5:通货膨胀点的扩张速度减慢。 随着时间的推移,它将成为我们宇宙中可观察的一部分,这一事实已经足够大以至于可以用红色虚线表示。为什么通胀停止了?
我们不知道。 当然,存在一些科学的假设,至少包括部分公式,预测以及测试它们的方法。 也许不久之后,我们将通过对太空的不断探索来进一步了解这一点。
通胀停止后会发生什么?
最好的猜测(而且我们的方程式说这是可能的,但是没有给出细节)-所有暗能量都变成了粒子,包括我们组成的粒子,以及我们已知的许多其他类型的粒子,并且可能变成一堆我们一无所知的粒子。 当这发生时,宇宙变得非常热和密集-并继续扩展,尽管速度要慢得多。
图 6:在膨胀结束时,充满先前膨胀部分的暗能量变成运动的能量和大量出现的粒子质量的能量,这使宇宙非常热。 膨胀期间单位体积的暗能量越多,宇宙预热后就会变得越热。 大面积的区域比显示的要远得多,包括将成为我们宇宙的可观察部分的区域,充满了几乎均匀的,热的,浓稠的颗粒汤。 从这一刻起,宇宙进一步膨胀,但比通货膨胀期间慢得多,并逐渐冷却。那就是热门大爆炸的源头。 有些人(包括我)只是说:这一刻是大爆炸的开始。 其他人则说,大爆炸包括热大爆炸和通货膨胀,尽管这很奇怪-通货膨胀更像是哨子而不是爆炸。 有人说,通货膨胀导致大爆炸爆炸,首先使宇宙变大并膨胀,然后使其变热。 有人说,大爆炸包括大爆炸,通货膨胀以及之前发生的一切。 但这是一个冒险的声明-在通货膨胀之前,可能不存在“爆炸”一词(充满活力,事件多发和突发事件)。
由于尚未建立术语,因此您可以自己决定确切地称呼“大爆炸”。 重要的是要知道您有多种可能性,并且不同的科学家和不同的站点可能会想到不同的概念,即“大爆炸”。