地球的46亿年简史:宇宙形成

极早期宇宙

公元前150亿年~公元前140亿年

大爆炸以后的宇宙暴涨期,宇宙已冷却到强相互作用可以分离。

  • 大爆炸前引力奇点

大爆炸之前的宇宙是什么样子?通过广义相对论将宇宙的膨胀进行时间反演,可得出宇宙在过去有限的时间之前曾处于一个密度、温度、引力、时空曲率都无限大的状态。这一状态被称为奇点,奇点的存在意味已知的所有物理定律都无法适用,它常被用来作为广义相对论失效的证明。未来,超弦理论也许可以解释奇点与黑洞。

  • 大爆炸

宇宙起源与形成的最广泛的认知是距今138亿年前发生的大爆炸(Big Bang),宇宙由一个密度极大、温度奇高的太初状态(奇点)经过不断膨胀到达今天的状态。大爆炸学说的模型框架基于爱因斯坦的广义相对论。随着人们对于自身和宇宙起源的认知的不断完善大爆炸理论也在不断演变中。

早期宇宙

公元前140亿年~公元前138亿年

大爆炸后的粒子期,宇宙变得足够冷,电弱相互作用分解为电磁相互作用和弱相互作用。

  • 大爆炸后亿分之一秒

科学家们相信大爆炸后,第一秒的最早部分存有重夸克(Quark),那时宇宙处于温度及密度极高的状态,这被称为夸克时期。

  • 大爆炸后十万分之一秒

强子时期(Hadron Epoch)开始于大爆炸之后10万分之一秒,降温的宇宙中的夸克被束缚在一起成为强子。

  • 大爆炸后一秒

轻子时期(Lepton)开始于大爆炸之后1秒,紧接着强子时期。此时宇宙间的物质由轻子主导,宇宙的温度持续下降。

  • 大爆炸后十秒

光子时期(Photon)发生在大爆炸后10秒至380000年,原子核在这一时期开始产生,宇宙中充满了由原子核、电子、光子组成的等离子。

结构形成

公元前138亿年~公元前38亿年

宇宙物质逐渐稳定,星云、恒星、星系的形成时期。

  • 大爆炸后37.7万年

在早期宇宙孕育出微波背景和中微子背景后,宇宙进入黑暗时代。尽管此时已有的光子具备可见频谱,但恒星尚未孕育,所以没有新光源,宇宙还是透明的。

  • 大爆炸后1亿余年

早期宇宙的一系列复合、退耦,使得宇宙在紧随其后的黑暗时代,充满中性的氢气和氦气,及一些光原子。宇宙冷却(骤冷)和引力塌缩(强压),将分子云凝聚压缩成恒星,这标志着第一个天体的出现。

  • 大爆炸后1.5亿年

再电离(Reionization)发生在大爆炸之后1亿5000万年至10亿年间。进入黑暗时代后,宇宙冷却及引力塌缩,将分子云压缩成恒星。它们释放出紫外线光子,辐射轰击宇宙中的氢气,使其电离成质子和电子。

  • 距今134亿年

银河系(Galaxy)几乎与宇宙一样老,观测到银河系内最早的恒星年龄接近134亿年。它是包含太阳系的棒旋星系,直径介于10到18万光年。估计有1千亿至4千亿颗恒星,1千亿颗行星。

  • 距今46亿年

太阳系(Solar System)是一个受太阳引力约束在一起的恒星系统,其形成大约始于46亿年前一个巨型星际分子云的引力坍缩。

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