從大爆炸到復(fù)雜的天體系統(tǒng)，宇宙從何而來，又歸往何處？

2023.04.08 云南

我們是怎么到了這里?為了理解宇宙如何從大爆炸后最初的簡單狀態(tài)(只有冷卻的質(zhì)子和電子等基本粒子)變?yōu)槲覀冄鐾箍账吹降暮陚ビ钪妫覀儽仨毭靼缀阈恰⑿窍岛托行鞘侨绾涡纬傻摹?/span>

圖解：根據(jù)大爆炸理論，宇宙是由一個(gè)極緊密、極熾熱的奇點(diǎn)膨脹到現(xiàn)在的狀態(tài)。

許多問題都與宇宙的主要組成部分的創(chuàng)造和演化有關(guān)。天文學(xué)家必須解決的一個(gè)基礎(chǔ)問題，就是宇宙是如何創(chuàng)造出第一代恒星和星系的？一旦這些實(shí)體被創(chuàng)造出來，它們是如何影響隨后星系、恒星和行星的形成的？這是一個(gè)重要的問題，因?yàn)橹蟮倪@些物體只能由第一個(gè)代恒星所創(chuàng)造出的元素組成。

我們還不清楚，是宇宙在創(chuàng)造第一代恒星的同時(shí)創(chuàng)造了黑洞，還是這些奇特的物體由第一代恒星演化而成。因?yàn)楹诙创碇鴷r(shí)空中最極端的物理?xiàng)l件并產(chǎn)生了大爆炸之后一些最高能的現(xiàn)象，所以，它們是檢測宇宙理論的終極物理實(shí)驗(yàn)室。

圖解：從大爆炸形成的宇宙演化圖解（左）。在這幅圖中宇宙以二維呈現(xiàn)，第三維度是時(shí)間，向右是時(shí)間流動(dòng)的方向。

現(xiàn)在，我們已知宇宙有一個(gè)“泡沫”結(jié)構(gòu)。組成可見宇宙的星系和星系團(tuán)聚集在一個(gè)復(fù)雜支架上，這個(gè)支架圍繞著一個(gè)巨大的宇宙空洞網(wǎng)絡(luò)。然而，除了構(gòu)成宇宙可見的“正?！蔽镔|(zhì)外，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量看不見的物質(zhì)。這些所謂的“暗物質(zhì)”約占宇宙物質(zhì)能量的27%，而可見部分只占總數(shù)的5%左右。顯然，如果我們希望了解宇宙結(jié)構(gòu)和其形成、演化的過程，我們必須首先了解其重要但不可見的暗物質(zhì)的分布，以及它與正常物質(zhì)相互作用和影響的方式。

雖然天文學(xué)家已經(jīng)對恒星進(jìn)行了數(shù)千年的研究，但只有在過去的35年左右，他們才得以使用儀器來探測整個(gè)電磁光譜中的光——從無線電波到伽馬射線——來窺視我們星系中恒星誕生的塵埃云。如果我們要理解宇宙如何演化出恒星——以及今天圍繞恒星旋轉(zhuǎn)的行星——我們必須用更強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡繼續(xù)這些研究。

從最早的已知時(shí)期一直到后來的大規(guī)模演化，大爆炸理論是可觀測宇宙的主流宇宙學(xué)模型。這個(gè)模型描述了宇宙如何從一個(gè)高密度、高溫狀態(tài)擴(kuò)張，并為一系列現(xiàn)象提供了全面的解釋，包括大量的輕元素、宇宙微波背景（CMB）、大尺度結(jié)構(gòu)和哈勃定律（星系越遠(yuǎn)，遠(yuǎn)離地球速度越快）。如果用已知的物理規(guī)則將觀測條件在時(shí)間上向后推，我們預(yù)測，在高密度時(shí)期之前，存在一個(gè)典型的和大爆炸相關(guān)的奇點(diǎn)?，F(xiàn)有的知識不足以判定奇點(diǎn)是否是原始的。

圖解：哈勃超深空場描繪了遠(yuǎn)古時(shí)代的星系圖景，根據(jù)大爆炸理論，它們處于一個(gè)更年輕、更致密且更熾熱的宇宙。

相關(guān)天文知識

宇宙是空間、時(shí)間和其內(nèi)容的總和，包括行星、恒星、星系和所有其他形式的物質(zhì)和能量。雖然整個(gè)宇宙的空間大小未知，但有可能測量可觀測宇宙的大小，目前估計(jì)其直徑為930億光年。在各種多元宇宙假說中，一個(gè)宇宙是一個(gè)更大的多元宇宙許多因果分離的組成部分之一，它本身就包含了所有的空間、時(shí)間及其內(nèi)容