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第18章 宇宙的起源和命运1(第2页)

可惜现在它们的能量太低了,使得我们不能直接观察到。

然而,如果中微子不是零质量,而是像近年的一些实验暗示的,自身具有小的质量,我们则可能间接地探测到它们:正如前面提到的那样,它们可以是“暗物质”

的一种形式,具有足够的引力吸引去遏止宇宙的膨胀,并使之重新坍缩。

在大爆炸后的大约100秒,温度降到了10亿度,也即最热的恒星内部的温度。

在此温度下,质子和中子不再有足够的能量逃脱强核力的吸引,所以开始结合产生氘(重氢)的原子核。

氘核包含一个质子和一个中子。

然后,氘核和更多的质子、中子相结合形成氦核,它包含两个质子和两个中子,还产生了少量的两种更重的元素锂和铍。

可以计算出,在热大爆炸模型中大约14的质子和中子变成了氦核,还有少量的重氢和其他元素。

余下的中子会衰变成质子,这正是通常氢原子的核。

1948年,科学家乔治·伽莫夫和他的学生拉夫·阿尔法在一篇著名的合作的论文中,第一次提出了宇宙的热的早期阶段的图象。

伽莫夫颇为幽默——他说服了核物理学家汉斯·贝特将他的名字加到这论文上面,使得列名作者为“阿尔法、贝特、伽莫夫”

,正如最前面三个希腊字母:阿尔法、贝他、伽马:这特别适合于一篇关于宇宙开初的论文!

他们在此论文中作出了一个惊人的预言:宇宙的热的早期阶段的辐射(以光子的形式)今天还应该在周围存在,但是其温度已被降低到只比绝对零度(-273℃)高几度。

这正是彭齐亚斯和威尔逊在1965年发现的辐射。

在阿尔法、贝特和伽莫夫写此论文时,对于质子和中子的核反应了解得不多,所以对于早期宇宙不同元素比例所作的预言相当不准确;但是,在用更好的知识重新进行这些计算之后,现在的结果已和我们的观测符合得非常好。

况且,在解释宇宙为何应该有这么多氦时,用任何其他方法都是非常困难的。

所以,我们相当确信,至少一直回溯到大爆炸后大约1秒钟为止,这个图象是正确无误的。

大爆炸后的几个钟头之内,氦和其他元素的产生就停止了。

之后的100万年左右,宇宙仅仅是继续膨胀,没有发生什么事。

最后,一旦温度降低到几千度,电子和核子不再有足够能量去战胜它们之间的电磁吸引力,就开始结合形成原子。

宇宙作为整体,继续膨胀变冷,但在一个比平均稍微密集些的区域,膨胀就会由于额外的引力吸引而缓慢下来。

在一些区域膨胀最终会停止并开始坍缩。

当它们坍缩时,在这些区域外的物体的引力拉力使它们开始很慢地旋转;当坍缩的区域变得更小,它会自转得更快——正如在冰上自转的滑冰者,缩回手臂时会自转得更快。

最终,当区域变得足够小,它自转得快到足以平衡引力的吸引,碟状的旋转星系就以这种方式诞生了。

另外一些区域刚好没有得到旋转,就形成了叫做椭圆星系的椭球状物体。

这些区域之所以停止坍缩,是因为星系的个别部分稳定地围绕着它的中心公转,但星系整体并没有旋转。

随着时间流逝,星系中的氢和氦气体被分割成更小的星云,它们在自身引力下坍缩。

当它们收缩时,其中的原子相互碰撞,气体温度升高,直到最后,热得足以开始热聚变反应。

这些反应将更多的氢转变成氦,释放出的热增加了压力,因此使星云不再继续收缩。

它们会稳定地在这种状态下,作为像太阳一样的恒星停留一段很长的时间,它们将氢燃烧成氦,并将得到的能量以热和光的形式辐射出来。

质量更大的恒星需要变得更热,以平衡它们更强的引力吸引,使得其核聚变反应进行得极快,以至于它们在1亿年这么短的时间里将氢耗光。

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