很多朋友都認(rèn)為宇宙誕生于虛無,或者認(rèn)為大爆炸論無中生有,這種都是完全錯誤的觀點,宇宙的物質(zhì)一直都存在,而且總量完全沒有變化,大爆炸并不能憑空創(chuàng)造物質(zhì),它只是一個物質(zhì)的轉(zhuǎn)變過程!
物質(zhì)是由原子組成的,現(xiàn)在這是一個小學(xué)生都知道的事實,但直到100多年前的盧瑟福從α粒子的散射實驗才知道了原子核的結(jié)構(gòu),原子核外層的電子占據(jù)龐大的空間,而的原子核卻只占了微不足道的中心區(qū)域,但整顆原子的絕大部分質(zhì)量都集中在原子核上!
組成原子和的是質(zhì)子和中子,兩者克服庫侖斥力被強(qiáng)作用力緊緊的束縛在一起,無論是讓它們分開還是結(jié)合,都需要巨大的能量。因此要讓普通的原子裂變或者輕元素聚變都是一件超級困難的事情!
夸克和膠子是組成中子和質(zhì)子的更小單元,中子和質(zhì)子都是由夸克組成,但兩者有個小小的區(qū)別。
中子:1上夸克+2下夸克
質(zhì)子:2上夸克+1下夸克
中子可以通過衰變轉(zhuǎn)換為質(zhì)子,自由中子的半衰期大約是800秒左右,原子核內(nèi)部的中子也有一定的概率衰變!而質(zhì)子則可以通過吸收能量轉(zhuǎn)換為中子,比如太陽內(nèi)核正在發(fā)生的事情,質(zhì)子反應(yīng)鏈的第一步,兩個質(zhì)子在高溫下通過量子隧穿效應(yīng)轉(zhuǎn)換為氫的同位素氘,而這個概率很低,周期很長,這個效應(yīng)保證了太陽是一顆超級長壽命的恒星(紅矮星更長)
夸克和膠子再往下就不能分了,它們都是屬于標(biāo)準(zhǔn)基本粒子模型的一部分。
質(zhì)能轉(zhuǎn)換方程,愛因斯坦在1905年6月27日發(fā)表《物質(zhì)的慣性和它所含的能量有關(guān)嗎》論文中闡述了E=mc2這個簡單而又深刻的事實,一百多年來,我們認(rèn)識到了質(zhì)量真的可以轉(zhuǎn)換成能量,比如裂變有0.094%左右的質(zhì)量轉(zhuǎn)換為能量,聚變大約有0.7%左右,而正反物質(zhì)湮滅則可以100%的質(zhì)量轉(zhuǎn)換為能量!
那么有能量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量的方式嗎?答案是有:一對伽馬光子碰撞可以轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮雍驼娮訉Φ模潜仨殐蓚€光子的能量足夠高才行。
這是能量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量的一種模式,而普通光子比如我們的激光和太陽光,能量是明顯不夠的!科學(xué)家已經(jīng)完成了質(zhì)量轉(zhuǎn)換為能量,也實現(xiàn)了從能量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量,那么有沒有處在中間狀態(tài)的物質(zhì)呢?
2011年6月,布魯克海文國家實驗室的RHIC(相對論重離子對撞機(jī))將兩束金原子核加速到接近光速并使其碰撞,觀測到了高能量密度和超高溫的夸克膠子等離子體!測量到了凈質(zhì)子數(shù)分布的特征!與格點量子色動力學(xué)的計算結(jié)果進(jìn)行比較后確定了重子數(shù)密度為零的情況下,從強(qiáng)子物質(zhì)到夸克膠子等離子體的相變溫度,根據(jù)計算這個溫度大約為2萬億度。
此時的物質(zhì)處在能量和物質(zhì)相變狀態(tài),向上則轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚蛳聞t是質(zhì)量,也就是夸克和膠子。
宇宙大爆炸是一個將純能量狀態(tài)的奇點,通過暴漲降溫后,宇宙的溫度低于相變溫度以下,形成了物質(zhì)的過程,當(dāng)然它真正的過程并沒有那么簡單,而是有一個非常復(fù)雜的過程:
普朗克時期:大爆炸開始至10^-43秒
大一統(tǒng)時期:大爆炸之后10^-43秒至10^-36秒
電弱時期:大爆炸結(jié)束之后,10^-36秒至10^-32秒
電弱對稱破缺和夸克時期:在大爆炸之后10^-12秒和10^-6秒g
強(qiáng)子時期:大爆炸之后10^-6秒至1秒
輕子時期:大爆炸之后1秒至10秒鐘
光子時期:大爆炸之后10秒鐘至38萬年
夸克膠子相變溫度轉(zhuǎn)換發(fā)生在大爆炸發(fā)生后約10^-6S,從此之后,宇宙進(jìn)入了強(qiáng)子時代,因為溫度再往下,強(qiáng)子(比如中子和質(zhì)子)就誕生了!再往后就是太初合成過程(核聚變),宇宙中生成了氫原子核,氦原子核以及里原子核,此時距離真正的原子誕生還需要38萬年!
因為宇宙密度還很高,高溫導(dǎo)致電子游離,只有待溫度降低才能形成原子,38萬年后宇宙溫度下降,逐漸變得清朗,光子也逃脫束縛在宇宙中飛奔!而物質(zhì)的原子也真正形成,恒星也將也接過大爆炸的接力棒,繼續(xù)在它演化的不同階段中創(chuàng)造氫以后的大部分元素。