宇宙的起源：最初的三分鐘 關於宇宙的起源，冰島文學家斯托裡森在1220年左右編寫的北歐神話集《新埃達》中已有所闡述。按這本神話集所說，最初是一無所有的。既沒有地，也沒有天，隻有一個裂口，也沒有草原。而在這混沌虛無的北方和南方，則是冰雪的區域尼夫爾翰和火的區域木斯皮爾翰。木斯皮爾翰的火融化了尼夫爾翰的一些冰。在融化的水滴裡產生了一個巨人伊默。伊默吃什麼呢？啊，看來還有一頭母牛阿豪姆拉。可是母牛又吃什麼呢？好吧，還要有點鹽。故事就是這樣繼續下去。 矇矇開心小鎮,mungchacha.com,香港論壇,交友,戀愛,網站,討論區,forum,BT,電影,電視,tvb,nds,psp,wii,PS2,PS3,game遊戲,動漫,漫畫,勁舞團,飲食,購物情報,著數,寵物,投資,理財,MP3,消閒娛樂,手機討論,生活,電腦,時事經濟,運動,足球,籃球,潮流資訊,校園生活,音樂世界,電子遊戲,學術文化,興趣,貼圖影片,論壇資訊,Z$z:O/Y#B
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`5 P y J8 Ttvb now,tvbnow,bttvb關於宇宙的起源，冰島文學家斯托裡森在1220年左右編寫的北歐神話集《新埃達》中已有所闡述。按這本神話集所說，最初是一無所有的。既沒有地，也沒有天，隻有一個裂口，也沒有草原。而在這混沌虛無的北方和南方，則是冰雪的區域尼夫爾翰和火的區域木斯皮爾翰。木斯皮爾翰的火融化了尼夫爾翰的一些冰。在融化的水滴裡產生了一個巨人伊默。伊默吃什麼呢？啊，看來還有一頭母牛阿豪姆拉。可是母牛又吃什麼呢？好吧，還要有點鹽。故事就是這樣繼續下去。 9F8N!U$m9z*N
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( Q: C$ _% m, m& S 我不想冒犯宗教感情，即便是北歐維京海盜的宗教感情。但是，我想這個故事實在不是一幅令人滿意的宇宙起源的圖景。且不說對那些無稽之談的非議，隻就故事本身，它所引起的問題就和它解答的問題一樣多，而每個疑問的解答都要求初始條件的進一步復雜化。 ☆°*＊ 矇矇開心小鎮 ＊[url=]*°☆!t2@/e,j.S#W[/url]公仔箱論壇9 w+ u2 T* m8 p
追溯宇宙起源的這個念頭是不可抗拒的。自從16至17世紀開始出現現代科學以來，物理學家和天文學家曾一次又一次地回到宇宙起源問題。 5@3i+s7q5G(r9E0 \5 D% F2 y3 `# t0 }" S# j
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可是，就在這剛剛過去的十年裡，一切都改變了。一個早期宇宙理論已經被廣泛接受，以致常常被天文學家稱為“標准模型”。這個理論多少有點像有時被稱為“大爆炸”的理論，但是它進一步對宇宙的內容作了明確得多的規定。 矇矇開心小鎮,mungchacha.com,香港論壇,交友,戀愛,網站,討論區,forum,BT,電影,電視,tvb,nds,psp,wii,PS2,PS3,game遊戲,動漫,漫畫,勁舞團,飲食,購物情報,著數,寵物,投資,理財,MP3,消閒娛樂,手機討論,生活,電腦,時事經濟,運動,足球,籃球,潮流資訊,校園生活,音樂世界,電子遊戲,學術文化,興趣,貼圖影片,論壇資訊)b8x8o+M#P(~*I3qTVBNOW 含有熱門話題，最新最快電視，軟體，遊戲，電影，動漫及日常生活及興趣交流等資訊。- y9 w/ n: @$ y/ Z8 g) @8 V% j$ ~
' m& O8 c% r. L+ r# ? 最初發生了一次爆炸。這不是習見於地球上發生在一個確定的點，然后向四周的空氣傳播開去的那種爆炸，而是一種在各處同時發生，從一開始就充滿整個空間的爆炸，爆炸中每一個粒子都離開其他每一個粒子飛奔。 :T/E/N8F6?,K公仔箱論壇& \3 `+ O9 H3 `( U7 q7 [
+ o- C7 k ~' w: w: T7 |- Ntvb now,tvbnow,bttvb 在爆炸發生后的百分之一秒，即我們能多少有把握談論的最早時刻，宇宙的溫度大約是攝氏一千億度（1011℃）。這比最熱的恆星中心還要熱，事實上，它是這麼熱，以致不可能聚集成任何普通的物質成分，即不可能聚集成分子、原子甚至原子核，能夠在爆炸中相互飛速地分離的隻是各種基本粒子，它們是現代高能核物理的主題。 矇矇開心小鎮,mungchacha.com,香港論壇,交友,戀愛,網站,討論區,forum,BT,電影,電視,tvb,nds,psp,wii,PS2,PS3,game遊戲,動漫,漫畫,勁舞團,飲食,購物情報,著數,寵物,投資,理財,MP3,消閒娛樂,手機討論,生活,電腦,時事經濟,運動,足球,籃球,潮流資訊,校園生活,音樂世界,電子遊戲,學術文化,興趣,貼圖影片,論壇資訊0G+h5Z5A1X'S3l#n;Q3 G* T, W* \- v
在這裡介紹一下早期宇宙裡存在最多的幾種粒子。一類大量存在的粒子是電子，就是在電線的電流中運動的那種帶負電荷的粒子，它們組成了現在宇宙中所有原子和分子的外層部分。另外一種在早期宇宙裡非常豐富的粒子是正電子，這是一種質量和電子完全相同，但卻帶著正電荷的粒子。在今天的宇宙裡，正電子隻有在高能實驗室裡找到，或者在某些放射性現象中找到，或者在宇宙線和超新星爆炸等劇烈天文現象裡找到，然而，在早期宇宙裡正電子的數目幾乎完全和電子相等。除電子和正電子之外，還有數目大致相等的各種中微子。這種幽靈般的粒子既沒有質量，也沒有電荷。最后，宇宙裡還充滿了光。但是不必要把光和粒子分別處理。量子力學告訴我們，光是由質量和電荷都為零的粒子——光子所組成的。每個光子攜帶著一定數量的能量和動量，大小取決於其波長。光子的數目和平均能量和電子、正電子或者中微子的數目大致相等。 公仔箱論壇& h& ^1 [/ z( ~
這些粒子（電子、正電子、中微子、光子等）不斷地從純能量中產生出來，經歷很短的壽命后又湮滅了。因此，它們的數目並不是預先注定的，而是由產生過程與湮滅過程的平衡確定的。從這個平衡我們可以推算出，這盆宇宙湯在溫度為一千億度時的密度是水的四十億（4×109）倍。此外。宇宙湯內還摻有很少量的較重粒子：中子和質子——它們組成今天世界裡的原子核（質子是帶正電荷的；中子比質子稍微重一點，是電中性的），比例大致是每十億個光子（或正電子、電子、中微子）對一個質子和中子。十億個光子對一個核粒子這個比值是建立宇宙標准模型的關鍵性數值，必須由觀測來得到。
1 P- c% Q+ V p% w u9 R7 W公仔箱論壇 隨著爆炸繼續下去，溫度下降了，在約十分之一秒以后下降到攝氏三百億（3×1010）度；約一秒以后降至一百億度；十四秒后降至三十億度。冷卻到這個地步以后，電子和正電子湮滅的速度開始快於它們從光子和中微子重新產生出來的速度。這種物質湮滅過程所釋放出的能量暫時延緩了宇宙的冷卻速度，不過溫度仍然在下降，在最初的三分鐘終了時，下降到十億度。這個溫度已經足夠低，能使中子和質子開始組合成復合的原子核。首先是由一個中子和一個質子組合成一個重氫（氘）核。由於這時的密度還足夠大（稍微比水小一些），所以這些氘核可以迅速地組成最穩固的輕原子核，即是由兩個質子和兩個中子組成的氦核。 "k'c,v;]8q.F!M+n5.39.217.76$ u. ?: m+ L1 l# E" d9 l
最初三分鐘終了時宇宙的組成主要是光、中微子和反中微子。核物質仍然隻佔很小一個份額，現在它們當中有百分之七十三是氫，有百分之二十七是氦，還有跟這些核物質同樣稀少的電子，它們是經過電子-正電子湮滅期以后剩下的。所有這些物質繼續飛馳分離著，一直在冷卻下去和稀薄下去。又過了幾十萬年，溫度終於冷卻到足夠低，可以讓電子與氫核和氦核組成原子。這樣組成的氣體由於引力影響而形成氣團，最后凝聚為今日宇宙裡的星系和恆星。但無論如何，星辰得以開始它們的生命的組成物，正是在這最初三分鐘所產生的。
+ s7 M5 Z+ l F* \, o 上面簡單敘述的標准模型仍然不是關於宇宙起源可以想得出的最令人滿意的理論。就和《新埃達》一樣，在闡述宇宙的開始時，或者在第一個百分之一秒左右，這個理論仍然存在著令人困惑的含混之處。再則，還有必要去確定起始條件，特別是光子對核粒子的初始比率——十億比一，而這是令人不愉快的工作。我們寧願在理論裡有更大的邏輯必然的觀念。
9 D; k, c" o* U# o公仔箱論壇 例如，另一個稱為“穩恆態模型”的理論在哲學上就有更大的吸引力。這個模型是在20世紀40年代提出的，在這個模型裡，宇宙永遠都是和現在一樣。當它膨脹時，在星系分離開的縫隙裡，有新的物質產生。這個理論隱含了所有關於宇宙為什麼會是這個樣子的問題的答案。答案是宇宙之所以如此，是因為隻有如此它才能保持著永遠不變。宇宙起源的問題被一筆勾銷了。在這個理論裡根本不存在早期宇宙。 TVBNOW 含有熱門話題，最新最快電視，軟體，遊戲，電影，動漫及日常生活及興趣交流等資訊。) Y4 ^7 y$ n3 l/ f. ^% `
那麼我們怎麼會得出“標准模型”的呢？它是怎樣勝過諸如穩恆態模型等其他理論的呢？它之所以成立，是因為近代天體物理學基本上是客觀的，人們對它達成了一致的看法，既非由於哲學偏愛的變遷，也非由於天體物理學巨匠們的影響，而是由於來自經驗數據的壓力。 TVBNOW 含有熱門話題，最新最快電視，軟體，遊戲，電影，動漫及日常生活及興趣交流等資訊。9 ~; d$ g3 }# R- `
在敘述了觀察到的宇宙學現象之后，我將試圖把個別的資料並在一起，以組成一幅早期宇宙物理條件的連貫的圖畫，這將更具體地把我們帶回到最初的三分鐘去。我們將會像看電影那樣，按順序地看到宇宙的膨脹、冷卻和形成。我們還將試圖看一下那個仍然籠罩著迷霧的時期（最初的百分之一秒）和在此之前的事情。
- @% K# E+ L2 a1 E r5.39.217.76 我們可以確信這個標准模型嗎？它會不會由於新的發現而被推翻，而被別的宇宙起源說所超過？或者，甚至穩恆態模型會東山再起？也許會。我不能否認在我寫到最初三分鐘的事情時，似乎是充滿信心，但心裡並不是那麼踏實。 ☆°*＊ 矇矇開心小鎮 ＊*°☆,U8S7d+z3E0q
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但是，即使它最后被別的理論所取代了，標准模型終究在宇宙學歷史裡起過重要的作用。現在（雖然是在最近的十多年以來），把物理學及天體物理學的理論想法在標准模型中計算出其結果來進行檢驗，已經是正規的方法。標准模型已經常被用作論証天文觀測計劃的理論基礎。這樣，標准模型為理論工作者和觀測者提供了基本的共同語言，使他們了解彼此在做些什麼。如果有一天標准模型被一個更好的理論所取代的話，這個理論很可能是由於受到標准模型啟發而進行的觀察和計算所得到的。 'e)M)E9B&f,x$W.l# I5 F" G/ W% A0 A9 ?$ C. s
對宇宙的將來而言，它可能永遠不斷地膨脹下去，變得更冷、更空虛、更死寂；或者它可能重新收縮，將星系、恆星、原子和原子核重新粉碎成原來的組成粒子。這樣我們在預言最后的三分鐘裡的事件進程時所遇到的問題，便和我們在回顧最初的三分鐘裡所遇到的問題是同樣的了。 |
發表於 2009-8-9 08:14 AM
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發表於 2009-9-23 05:32 AM
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