光速为我们提供了研究宇宙的极好工具。 光的传播速度每秒只有30万公里,当我们看到远处的物体时,我们就回顾过去。
其实,你看到的不是今天的太阳,而是8分钟前的太阳,642年前的旅馆,250万年前的仙女座,也就是说越看得远,时间就越长。 宇宙正在膨胀,过去离我们很近。
翻转宇宙最初返回可以看出比现在更热更密集。 宇宙密度这么大,大爆炸之后,整个宇宙只是质子、中子和电子的混合物,没有任何结合。
图解:大爆炸理论:宇宙起源于奇异点膨胀。
事实上,开始膨胀后稍微冷却,整个宇宙只不过是我们太阳般恒星的核心般的热和密度。 温度足够低,就能形成电离的氢原子。
因为宇宙有恒星的中心条件,所以有温度和压力,把氢汇集成氦和其他更重的元素。 当今宇宙中元素的比例:根据74%的氢、25%的氦和1%的其他元素,在“整个宇宙是一颗恒星”的条件下,宇宙诞生的时间可以知道多长。
这个时间持续了大约17分钟。 从大爆炸三分钟后到大爆炸二十分钟后。 在那短短的几分钟内,星宿收集了所有的氦气,这些氦气我们一生都需要。
核聚变过程中产生伽玛射线光子。 在太阳的中心,这些光子从一个原子反弹回另一个原子,最终离开中心,通过太阳的放射能区域,最终进入宇宙。 这个过程可能需要几万年。 但是,在早期的宇宙中,这些伽玛射线的原始光子无处可去。 到处都是更热、更密集的宇宙。
宇宙持续膨胀,大爆炸数十万年后,宇宙终于被这些氢原子和氦原子吸引自由电子,充分冷却成为中性原子。
图解:艺术家想象:巨大的宇宙结构如何使光子在宇宙微波背景( CMB )中偏转。
重组时代从大爆炸开始24万年到30万年之间宇宙首次发光。 光子首次静止一秒钟,作为电子附着在原子上。 这时,宇宙从完全不透明变成了透明。
这是天文学家能观测到的最早的光——宇宙微波背景辐射。 由于宇宙从那时到现在已经膨胀了138亿年,最初的光子从紫外线和可见光被拉向光谱的微波一侧或变红。
如果能用微波的眼睛看到宇宙的话,就能看到第一波向四面八方袭来。 宇宙欢呼它的存在。
最初的光出现后,一切都很暗,没有星星和银河,有很多原始元素。 黑暗时代初期,与我们今天看到的2.7开尔文相比,整个宇宙的温度约为4000开尔文。 黑暗时代末期,即1亿5千万年后,温度达到了60开尔文。
图解:宇宙的第一颗恒星在大爆炸后约2亿年形成。 第一代太阳行星大致由纯氢和纯氦组成。 他们和后代的恒星从这些简单的元素中提取出了重要的元素。
在接下来的8亿5千万年左右,这些元素聚集在一起形成了由纯氢和氦组成的巨大恒星。 没有其他更重的元素,可以自由形成质量为太阳数十倍到数百倍的恒星。 这是第三类恒星,或者是第一组恒星,观测还没有足够的望远镜。 天文学家间接推测这些恒星是在大爆炸约5亿6千万年后形成的。
最初的恒星爆炸形成了超新星,形成了更多质量的恒星,爆炸了。 无法想象那时是怎样的样子,星星像烟花一样闪耀。 但是,在那个非常普遍、非常激烈、被称为再电离的时代,我们知道它会照亮整个宇宙。 这时,宇宙的大部分是热等离子体。
图解:科学家们使用欧洲南方天文台的超大型望远镜在一些不同时间探测到初始宇宙,紫外线变得透明。 在宇宙的历史上,这个短暂的戏剧性阶段,即所谓的再电离发生在大约130亿年前。
早期的宇宙又热又坏,所以我们知道的依赖生命的重要因素不多。 想一想。 地球上没有核聚变,几代人都得不到氧气。 我们的太阳系是数代超新星爆发的结果,含有越来越重的元素。
我之前说过,宇宙从4000开尔文冷却到了60开尔文。 大爆炸约1000万年后,宇宙的温度是100度-水的沸点。 700万年后,温度下降到摄氏零度-水的冰点。
天文学家们推测在大约700万年间,液体的水存在于宇宙的各个角落。 只要在地球上找到液体的水,就能找到生命。
图解:艺术家对早期宇宙的描写。
宇宙的形成可能只有1000万年。 物理学家阿比莱布说这是宇宙容易居住的时代。 虽然没有证据,但这是个冷酷的想法。
我一直认为这是绝对的精神失真,我们周围的每一个方向都是来自宇宙的第一道光。 花了138亿年的时间到达,需要微波眼睛,却无处不在。