『宇宙大爆炸』150亿年前，宇宙大爆炸的开始3分钟，究竟都发生了什么？相对论|宇宙学|爱因斯坦

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好了，大家好，这里是小播读书，尽头我们继续分享前沿科普著作《宇宙的琴弦》，今天我们分享这本书的最后一部分精彩内容，前面我们讲了20世纪两大物理学支柱：量子力学和相对论，讲到了弦理论和M理论。最后，让我们来畅想对宇宙的边界。
宇宙学的沉思
人类自古以来就渴望认识宇宙的起源。也许没有哪个问题像这样超越文化和时代分隔，它唤起祖先的想象，也引发今天宇宙学家的沉思。
人口渴望解释为什么会有一个宇宙，它是如何成为我们今天看到的样子，它是怎么演化的？今天人们接受的宇宙学理论，认为宇宙在最初的瞬间经历过最极端的条件：巨大的能量、极高的温度和极大的密度。我们的宇宙源于150亿年前的一次大爆炸。真的是这样吗？
宇宙大爆炸的理论起源于爱因斯坦完成广义相对论的15年后。弗里德曼发现了宇宙从一个无限压缩的状态爆炸出来的，而且现在仍然处于爆炸引起的膨胀中。 5年以后，哈勃望远镜通过观察了几十个星系，证实了宇宙仍然处于膨胀之中。
让我们来简单回顾一下宇宙大爆炸的过程
宇宙大爆炸后的10的负43次方秒，普朗克时间形成，宇宙的三维空间形成，其余的维度还保持在原来的普朗克尺度里。
随后时间膨胀、冷却、温度下降，大约十万分之一秒后，夸克可以三个成团聚集在一起，形成了质子和中子。
【『宇宙大爆炸』150亿年前，宇宙大爆炸的开始3分钟，究竟都发生了什么？】百分子一秒后，周期表里最轻的一些元素的核也够条件从冷却的粒子等粒子体重凝结出来。
接下来3分钟里，宇宙逐渐冷却到10亿开，出现最多的核是氢和氦，还有一些锂。这就是所谓的原始核合成时期。
接下来几十万年，也没发生什么特别的事情。宇宙继续膨胀、温度继续冷却。当温度降低到几千开时，电子流慢慢流向原子核，原子核捕捉了它们，第一次形成了电中性的原子。这是一个重要的时刻，大体上说，这一刻开始，宇宙变得透明了。宇宙充满了带点的等离子体，有的带正电，如原子核，有的带负电，如电子。只与带电体发生相互作用的光子，落在深深的带电粒子的汪洋里，不停歇地碰撞挤压，要么被偏转，要么被吸收，慢慢地宇宙开始从混浊变得清晰。
约10亿年以后，宇宙的基本从沸腾的爆炸状态安静下来，星系、恒星和行星终于开始一个个从原初元素的引力束缚堆里产生出来。
在大爆炸150亿年后的今天，我们也来了，在惊叹宇宙壮丽的同时，也惊讶我们自己能一点点从树立起一个合理的而且经得起实验检验的宇宙起源理论。
大爆炸理论看似精确和严密，但是还是有些问题有待解决，比如为什么宇宙的空间温度都是相同的，相隔如此遥远的空间区域中没有办法实现能量传递和交换，解释不了为什么它们具有完全相同的温度。物理学家把这个解释不了宇宙大范围的温度均匀性的问题称之为：视界问题。视界问题的本质是，为了让宇宙中任意两个遥远距离的区域靠近，我们必须回到时间的开始。而且物理学家们发现，现在宇宙正处于暴胀之中，形成了暴胀的宇宙学模型。