宇宙成因和結局

　　在宇宙中，地球是目前所知唯一一顆有生命存在的星球。而宇宙又是怎麼形成呢?下面就讓小編來給你科普一下宇宙如何形成的。

　　宇宙的形成

　　爆炸之初，物質只能以中子、質子、電子、光子和中微子等基本粒子形態存在。宇宙爆炸之後的不斷膨脹，導致溫度和密度很快下降。隨著溫度降低、冷卻，逐步形成原子、原子核、分子，並複合成為通常的氣體。氣體逐漸凝聚成星雲，星雲進一步形成各種各樣的恆星和星系，最終形成我們如今所看到的宇宙。

　　暴漲模型允許宇宙的物質和能量從無中產生。大統一理論認為，重子數允許不守恆，而宇宙中的引力能可粗略地說是負的，並精確地抵消非引力能，總能量為零，因此宇宙從無中演化是可能的。

　　“無”並非是絕對的虛無，真空能恰恰是一種特殊的物質和能量形式。如果進一步說真空能起源於“無”，那麼這個“無”也只能是一種未知的物質和能量形式。從現代物理學的觀點看，真空也可視為物質。

　　宇宙不論多麼巨大，作為一個有限的物質體系 ，也有其產生、發展和滅亡的歷史。暴漲模型認為宇宙中的物質與能量形式不是永恆的，把“無”作為一種未知的物質和能量形式，在認識論和方法論上有一定意義。

　　現代宇宙學不是晦澀無用的哲學思辯，而是建立在天文觀測、數學模型、物理實驗基礎上的現代科學，完全有能力認知宇宙的奧祕。天文學家們指出，大爆炸必然會發生，原因是“虛空”本質上是不穩定的，可以從量子力學和廣義相對論中推匯出來。在量子力學的尺度，空間將不穩定，不再顯示平滑和連續，空間和時間失去穩定性，混雜形成時空的泡沫，微小的時空泡可以自發形成。量子化的時空產生漲落，宇宙產生於“虛空”。

　　宇宙的結局

　　熱力學定律不會讓宇宙獲得永生，新的恆星無法繼續形成時，宇宙抵達熱寂平衡點，宇宙的狀態如同誕生之初的那一碗湯狀時空。熱寂是熱力學上的終點，整個宇宙任何一處的溫度都僅僅比絕對零度高一些，這意味著沒有東西會倖存下來。少部分科學家認為，宇宙結局如果是大坍縮，所有的物質最終都會變成原子狀態，再經過一次偶然的量子漲落，新一輪的大爆炸又形成了，下一個宇宙誕生。

　　宇宙學家認為，如果宇宙能量密度等於或者小於臨界密度，膨脹會逐漸減速，但永遠不會停止。恆星形成會因各個星系中的星際氣體都被逐漸消耗而最終停止;恆星演化最終導致只剩下白矮星、中子星和黑洞。相當緩慢地，這些緻密星體彼此的碰撞會導致質量聚集而陸續產生更大的黑洞。宇宙的平均溫度會漸近地趨於絕對零度，從而達到所謂大凍結。此外，倘若質子真像標準模型預言的那樣是不穩定的，重子物質最終也會全部消失，宇宙中只留下輻射和黑洞，而最終黑洞也會因霍金輻射而全部蒸發。宇宙的熵會增加到極點，以致於再也不會有自組織的能量形式產生，最終宇宙達到熱寂狀態。在ΛCDM模型中，暗能量以宇宙學常數的形式存在，這個理論認為只有諸如星系等引力束縛系統的物質會聚集，並隨著宇宙的膨脹和冷卻它們也會到達熱寂。對暗能量的其他解釋，例如幻影能量理論則認為最終星系群、恆星、行星、原子、原子核以及所有物質都會在一直持續下去的膨脹中被撕開，即所謂大撕裂。

　　大爆炸理論簡介

　　大爆炸這一模型的框架基於愛因斯坦的廣義相對論，又在場方程的求解上作出了一定的簡化。1932年勒梅特首次提出現代宇宙大爆炸理論，1946年美國物理學家伽莫夫正式提出大爆炸理論。大爆炸宇宙模型認為，宇宙起源於100多億年前的一個原始火球。暴脹模型解決了宇宙學三大疑難：視界疑難、平坦性疑難、磁單極子疑難。大爆炸依據宇宙學原理，即奇點在所有空間爆發。

　　大爆炸理論最早也最直接的觀測證據包括從星系紅移觀測到的哈勃膨脹、對宇宙微波背景輻射的精細測量、宇宙間輕元素的丰度，而今大尺度結構和星系演化也成為了新的支援證據。這四種觀測證據有時被稱作“大爆炸理論的四大支柱”。

　　大爆炸模型能統一地說明以下幾個觀測事實：

　　***a***理論主張所有恆星都是在溫度下降後產生的，因而任何天體的年齡都應比自溫度下降至今天這一段時間為短，即應小於200億年。各種天體年齡的測量證明了這一點。

　　***b***觀測到河外天體有系統性的譜線紅移，而且紅移與距離大體成正比。如果用多普勒效應來解釋，那麼紅移就是宇宙膨脹的反映。但2012年認為這是宇宙學紅移，而非多普勒紅移。在宇宙學紅移中，光波的波長是在傳播過程中隨空間的膨脹而發生變化的。光譜線的紅移就是宇宙膨脹的反映。

　　***c***在各種不同天體上，氦丰度相當大，而且大都是30%。用恆星核反應機制不足以說明為什麼有如此多的氦。而根據大爆炸理論，早期溫度很高，產生氦的效率也很高，則可以說明這一事實。

　　***d***根據宇宙膨脹速度以及氦丰度等，可以具體計算宇宙每一歷史時期的溫度。

　　按照大爆炸理論，宇宙沒有開端。它只是一個迴圈不斷的過程，便是宇宙創生與毀滅並再創生的過程。