[科普中国]-宇宙：从大爆炸到膨胀

宇宙

宇宙大爆炸

众多的天文学理论一致认为，宇宙来源于150亿年前的“创世大爆炸”。

宇宙大爆炸理论指出：宇宙最初只是一个体积极小、能量和物质密度却大到无法想象的“粒子”，之后这个“粒子”突然发生了大爆炸，并且向四周无限扩展，各种射线呈放射状散开，随后逐渐凝固成质点，在大爆炸发生之初，物质只能以粒子的形态存在，之后宇宙不断膨胀，温度和密度也不断下降。温度下降并且逐渐冷却之后，会逐步形成原子、原子核及分子，最后复合成通常的气体；气体又逐渐凝聚成星云，而星云会形成各种恒星及星系，最终经过150亿年的演化才变成了今天的宇宙模样。

宇宙大爆炸决定性证据

宇宙正在不断膨胀

我们在很多天文书籍中都看到过这样的描述：宇宙就像一个彩色的大气球，气球上的斑斑点点就是宇宙中的星系，随着气球被吹胀，气球上的斑点也越离越远。这便是宇宙不断膨胀的理论。人类是如何知道宇宙正在膨胀呢？宇宙膨胀是由美国天文学家哈勃最早观测出来的，1929年他发现遥远的星系似乎正在离我们而去，为此哈勃还提出了体积概念。

那么，哈勃体积是什么呢？哈勃做出一个假设：如果你正站在一个球形气泡的中央，在气泡所包围的区域里，所有的特体都会远离你而去，那么它们离去的速度将小于光速；而在哈勃体积之处，所有特体远离的速度则会超过光速。按照宇宙大爆炸理论，宇宙的加速膨胀会让各种星系及其他天体彼此离得越来越远，宇宙物质及密度也会变得越来越稀疏，这样一来，宇宙是不是会变得“空空荡荡”呢？

这时候又有另一种天文学理论横空出世：如果宇宙的持续膨胀使得星系之间的距离变得足够“巨大”，那么就会有其他的全新物质从“虚无”中被创造出来，从而填补出现的宇宙“间隙”，以维护宇宙物质应有的密度。当然，还有天文学家提出了“暗物质”理论，他们认为，“暗物质”能够促使宇宙在膨胀时受到自身引力的作用影响，从而形成特定的结构。

宇宙的最终结局

现代天文学飞速发展，天文学家对于宇宙大爆炸及其结局都有了一定的了解，不过宇宙的最终命运仍然是一个很棘手的问题，它会在“大撕裂”中四分五裂？还是在“大挤压”中无限坍缩呢？或者一直膨胀下去，直到所有的宇宙能量都逐渐消逝？

宇宙膨胀何时才会结束，这和宇宙平均密度的大小有着密切的联系。如果宇宙的平均密度比临界密度大，那么宇宙引力将开始占上风，膨胀也就此宣告结束，接下来宇宙将开始收缩。这时候的情况就像电影回放一样，大爆炸发生后的所有变化都会反演，所有相互远离的星系将开始相互靠拢，宇宙也会变得越来越稠密、越来越炽热。在坍缩过程中，星系会彼此并合，恒星之间的碰撞也会越来越频繁。

当然，以上只是天文学家的设想，而且只考虑到引力的作用。现实的情况却可能更为复杂，甚至超出了现代人类的认知范围。

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