第1章 看看宇宙大爆炸(3/18)

量,c是光速。

    如电子质量是91x10的负31次方千克,代入公式,我们可以计算出电子的临界温度是59x10的9次方摄氏度。也就是说,当宇宙的温度高于这个临界温度的时候,就能在真空里面激发出电子,当宇宙的温度低于这个临界温度的时候,就激发不出电子。同样的方法,我们可以用这个公式计算出上夸克的临界激发温度是28x10的10次方摄氏度,粲夸克的临界激发温度是15x10的13次方摄氏度等等。

    宇宙大爆炸后,10的负12次方秒,宇宙的温度大概是10的15次方摄氏度,这个温度超过了标准模型所有粒子的临界温度。因此在这个时间之前,宇宙能在真空里面激发出所有类型的粒子,最终形成了一团以夸克、胶子、电子、光子为主的粒子云。

    大爆炸后10的负6次方秒,宇宙的温度降到10的10次方摄氏度,三个夸克开始结合在一起,形成质子和中子。大爆炸后第3分钟到第20分钟,这时候宇宙的温度和压力跟太阳差不多,于是质子和中子在这段时间内就聚变成了氦、锂等原子核。这时候宇宙主要由原子核、电子和光子三种物质组成。但是这时候的原子核抓不住电子,因为温度实在是太高了,即使原子核抓住了电子,也会被能量极高的光子拆散。

    大爆炸后第37万年,宇宙的温度下降到3000k,原子核就能稳稳地抓住电子了,于是就形成了原子。之后原子在引力的聚集下,经过几亿年的演化,最终形成了恒星和星系,宇宙就是这么一步步诞生的。

    我们总结一下宇宙大爆炸的过程,从物质角度观察,粒子先是从真空里面被激发出来,之后一步步从小到大聚集;从能量角度观察,随着温度的降低,四种基本作用力一步步分离;从信息角度观察,宇宙最开始高度对称,之后至少发生了7次对称破缺,这就是宇宙大爆炸的整个框架。

    四、宇宙大爆炸的证据

    1 哈勃红移:1929年,哈勃发现所有的星系都正在远离我们,距离越远的星系,远离我们的速度就越大,这说明宇宙正在膨胀。如果倒放这个过程,你就会发现这些星系最开始应该是聚集在一起的,这就是宇宙大爆炸的最直接证据。

    2 太初核合成:大爆炸理论认为宇
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