10^-33秒膨脹2^100倍，宇宙大爆炸的一瞬間，產(chǎn)生了哪些未解之謎
大約138億年前，我們的宇宙從一次大爆炸中誕生。也許你覺得這種事太過于離奇，但它確實是事實。大爆炸的第1秒
在大爆炸的一瞬間，宇宙達到了溫度的極限，也就是普朗克溫度——1.4億億億億攝氏度，而且體積非常小。在接下來的1秒鐘之內(nèi)，宇宙經(jīng)歷了一段非常特殊的時期。1秒鐘對于我們來說幾乎是一眨眼的事，對于今天的宇宙來說更是連一瞬間都不如。但是對于剛剛經(jīng)歷了大爆炸的嬰兒宇宙來說，這段時間內(nèi)發(fā)生的事遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了你的想象。首先在10^-33秒內(nèi)，宇宙進入了暴脹時期。在如此短的時間內(nèi)，宇宙的體積膨脹了2^100倍！接下來，導(dǎo)致宇宙發(fā)生暴脹的因素衰變、消失，取而代之的是充斥在宇宙中的各種輻射。隨后，夸克出現(xiàn)了。今天我們無法觀測到單獨的夸克，因為它們之間的聯(lián)系太過于緊密。但是在剛剛經(jīng)歷了暴脹的宇宙中，這些夸克反而無法結(jié)合，只能和膠子彌漫在宇宙空間中，這就是我們所說的夸克湯。到了大爆炸后的10^-12秒，宇宙的溫度雖然還是非常高，但已經(jīng)不再足以將夸克分離了。于是，在膠子的作用下，夸克們相互結(jié)合，形成了重子，其中最常見的就是質(zhì)子和中子。接下來，中微子、電子等粒子也逐漸形成。質(zhì)子和中子形成了宇宙中最早的物質(zhì)元素，其中絕大部分是氫，還有少部分的氦以及極其微量的鋰。它們從等離子態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變成了中性，后來結(jié)合在一起形成了恒星，最后形成了今天的宇宙。你可能不相信，但恒星形成之前我們描述的內(nèi)容，都是在大爆炸后僅僅1秒的時間里所發(fā)生的。大體上來說，科學(xué)家們對此已經(jīng)達成了共識，不過其中仍然有很多細(xì)節(jié)是未知的，而且還有很多是超出了人類的認(rèn)知范圍的。為此，科學(xué)家們?nèi)匀辉谶M行著不斷的嘗試，力求能夠找到這些謎題的答案。未知的謎題
首先一個問題就非常令人困擾，那就是暗物質(zhì)。我們知道，這種神秘的物質(zhì)今天占據(jù)了大約85%的宇宙質(zhì)量，但卻不與可見物質(zhì)發(fā)生除引力之外的相互作用。因此，直到今天，科學(xué)家們對于暗物質(zhì)的了解仍然幾乎是0。剛才我們已經(jīng)介紹了科學(xué)家分析的可見物質(zhì)是如何在早期宇宙中誕生的，可是，對于暗物質(zhì)的形成，科學(xué)家們?nèi)匀环浅]有找到什么解釋的方法。它到底是一開始隨著可見物質(zhì)一同形成的、還是后來才逐漸出現(xiàn)的？在可見物質(zhì)形成的過程中，它是否參與了其中的某些進程，還是與可見物質(zhì)井水不犯河水呢？和暗物質(zhì)一樣，反物質(zhì)也是一種很神秘的物質(zhì)，并且深深地困擾著科學(xué)家。不同的是，暗物質(zhì)的出現(xiàn)讓人困惑，而反物質(zhì)則是因為消失而讓人百思不得其解。反物質(zhì)是電荷與普通物質(zhì)相反，但其他參數(shù)相同的物質(zhì)。反物質(zhì)和物質(zhì)通常都是成對出現(xiàn)，并且在一起會發(fā)生湮滅，轉(zhuǎn)化為能量。按照這個理論，宇宙在大爆炸時就應(yīng)該產(chǎn)生等量的物質(zhì)和反物質(zhì)，然后二者相互湮滅，最終完全消失。然而，正如我們今天所看到的那樣，宇宙已經(jīng)被物質(zhì)所統(tǒng)治了。那么，反物質(zhì)去哪了呢？我們知道一定有某種未知的機制導(dǎo)致了這個結(jié)果，但這種機制到底是什么呢？20世紀(jì)70年代，著名物理學(xué)家霍金首次提出了原初黑洞的概念。和普通的黑洞通過大質(zhì)量恒星死亡時核心的坍縮來形成不同，原初黑洞的形成源自于大爆炸早期宇宙物質(zhì)比較密集，所以可能直接坍縮而形成。由于原初黑洞是在宇宙的高壓力下形成的，因此質(zhì)量也不受到限制。典型的原初黑洞質(zhì)量可能達到10億噸，但是最小的黑洞甚至可能只有原子或中子那么大，極其微小，所以也可以稱為量子黑洞。原初黑洞普遍非常小，即使是10億噸的質(zhì)量，史瓦西半徑也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人類可觀測的范圍。而且，這么小的黑洞，連霍金自己的原理都不允許它們堅持到今天。對于那些量子黑洞來說，早在很久以前就通過霍金輻射而徹底蒸發(fā)了。因此，宇宙大爆炸初期到底有沒有原初黑洞的形成，至今仍然是個謎。關(guān)于暴脹期本身，科學(xué)家們也一頭霧水。首先，到底是什么樣的機制導(dǎo)致了宇宙以如此驚人的速度迅速膨脹呢？其次，為何暴脹期僅僅持續(xù)了連一瞬間都不到的時間后就結(jié)束了呢？還有，到底是什么樣的機制結(jié)束了宇宙的這次瘋狂膨脹呢？同時，關(guān)于暴脹期持續(xù)的時間，科學(xué)家們也還有所爭議。它真的只持續(xù)了這么短的時間嗎？或者可能持續(xù)了1秒的時間，所以才能夠讓我們意識到它的存在？科學(xué)家該怎么辦？
雖然目前科學(xué)家已經(jīng)找到了越來越多證明宇宙大爆炸的證據(jù)，并且已經(jīng)推測出了很多細(xì)節(jié)，但上面這些謎題和很多我們沒有介紹的問題，依然是非常棘手的。對于科學(xué)家們來說，還有很長的路要走。目前來說，科學(xué)家們也找到了一些方法來進行嘗試——- 粒子對撞機：雖然我們不可能回到宇宙的起點去看看當(dāng)時發(fā)生了什么，但是憑借著強大的粒子對撞機，科學(xué)家們還是可以盡量模擬那種極端的環(huán)境，了解宇宙早期可能發(fā)生的事；
- 宇宙微波背景輻射：在大爆炸的38萬年后，宇宙中的等離子體逐漸過渡到了中性氣體狀態(tài)?；煦绲挠钪嬷?，光終于可以自由移動，這最初的輻射如今已經(jīng)成為了彌散在宇宙中的微波，科學(xué)家們可以通過它了解早期宇宙。而且，如果當(dāng)時真的形成了原初黑洞，科學(xué)家有望看到它們會宇宙微波背景輻射的影響；
- 引力波：宇宙早期也有大量的引力波出現(xiàn)，并且殘留到了今天，這也是我們了解這段歷史的重要工具。隨著人類的引力波探測技術(shù)不斷提升，科學(xué)家們也將可以獲得更多關(guān)于宇宙大爆炸的信息，破解其中的謎題。
我們距離宇宙的最深處秘密，已經(jīng)越來越近了。
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