『恒星』我们已经进入了宇宙的最后一个时代( 二 )


当我们根据宇宙的行为划分界限时 , 我们发现将会有六个不同的时代 。
1.膨胀时代、2.原始汤的时代、3.等离子体时代物质、4.黑暗时代、5.恒星时代度、6.暗能量时代 。 数十亿年前 , 我们已经进入了这个最后的时代 。

  • 在膨胀期间 , 时空本身在量子尺度上的波动被拉伸 。 膨胀是否源于最终的奇点尚不清楚 , 但它是否发生的特征在我们可观测的宇宙中是可以验证的 。
(1)膨胀时代 。 在大爆炸之前 , 宇宙中没有物质、反物质、暗物质或辐射 。 它没有填充任何类型的粒子 。 相反 , 它充满了一种空间本身固有的能量形式 , 导致宇宙以指数增长的方式膨胀 。
  1. 它将宇宙从任何几何形状拉伸到一种与空间无法区分的状态 。
  2. 它将宇宙中一个因果相连的区域扩展到一个比我们现在可见的宇宙大得多的区域 。
  3. 它带走了所有可能存在的粒子 , 并迅速膨胀 , 以至于没有一个粒子留在可见宇宙的区域内 。
  4. 而在膨胀期间发生的量子涨落创造了结构的种子 , 从而形成了今天庞大的宇宙网络 。
然后 , 突然间 , 138亿年前 , 膨胀结束了 。 所有这些能量 , 曾经是空间本身固有的 , 都转化成了粒子、反粒子和辐射 。 随着这种转变 , 膨胀时代结束了 , 大爆炸开始了 。
(2)原始汤的时代 。 一旦膨胀的宇宙充满了物质、反物质和辐射 , 它就会冷却 。 当粒子碰撞时 , 它们会产生任何物理定律所允许的粒子—反粒子对 。 主要的限制只来自于碰撞的能量 。
随着宇宙冷却 , 能量下降 , 越来越难产生更大质量的粒子-反粒子对 , 但湮灭和其他粒子反应仍在继续 。 大爆炸后1到3秒 , 反物质全部消失 , 只留下物质 。 大爆炸后3—4分钟 , 稳定的氘形成 , 轻元素发生核合成 。 在一些放射性衰变和一些最终的核反应之后 , 所剩下的就是一个由光子、中微子、原子核和电子组成的等离子体 。
  • 一旦宇宙足够冷却 , 并且缺乏高能光子 , 它们就不能与中性原子相互作用 , 而只能是自由流 。
(3)等离子体的时代 。 一旦这些轻核形成 , 它们就是宇宙中唯一带正电的物体 , 而且它们无处不在 。 当然 , 它们被等量的负电荷平衡 。 原子核和电子形成原子 , 所以这两种粒子会立即找到彼此 , 形成原子并为形成恒星铺平道路 , 这似乎是很自然的 。
不幸的是 , 它们的数量远远超过光子 。 每当一个电子和一个原子核结合在一起时 , 一个足够高能量的光子就会出现并把它们炸开 。 直到宇宙从数十亿度急剧冷却到数千度 , 中性原子才最终形成 。
在等离子体时代初期 , 宇宙的能量含量主要由辐射决定 。 到最后 , 它由正常物质和暗物质主导 。 第三阶段是大爆炸后38万年 。
  • 在恒星或星系形成之前 , 宇宙中充满了阻挡光线的中性原子 。 第一次主要的再电离波发生在大爆炸2.5亿年左右 , 而一些恒星可能在大爆炸后的5000万年到1亿年才形成 。
(4)黑暗时代 。 有了这些中性原子的存在 , 我们现在所知道的可见光将在整个天空中都是看不见的 。 为什么?因为中性原子 , 特别是以宇宙尘埃的形式存在的中性原子 , 在阻挡可见光方面非常出色 。
为了结束这些黑暗时代 , 星系间的介质需要重新电离 。 这需要大量的恒星形成和大量的紫外线光子 , 这需要时间和引力 。 第一个主要的再电离区域发生在大爆炸之后的2—2.5亿年 , 但是平均来说 , 再电离直到宇宙5.5亿年才完成 。 在这一点上 , 恒星的形成速度仍在增加 , 而第一个巨大的星系团才刚刚开始形成 。