为什么宇宙随时间演化

热心网友：宇宙随时间演化根据大爆炸宇宙学模型的观点，宇宙150亿年的演化过程分为三个阶段。大爆炸的整个过程大致是这样的：　　大约150亿年前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高，密度极大。突然，这个体积无限小的点在四大皆空的“无”中爆炸了，时空从这一刻开始，物质和能量也由此产生，这就是宇宙创生的大爆炸。人们将大爆炸的瞬间定作宇宙年龄“零”时。

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宇 宙 演 化 简 史 (zt) 　　　　　　　　　　　　　最初三分钟 　　宇宙的最初源头是一个奇点，即所谓的“宇宙蛋”，它凝聚了所有的时空质能，孕育着未来物质世界的一切，包括天体和生命。 　　大约150亿年以前，宇宙蛋在一场无与伦比的大爆炸中猝然爆发。大爆炸震撼出时空，物质世界破壳面出，宇宙史的纪元从此开始。 　　刚刚诞生的宇宙，空间从无到有并急剧猛增，仅仅10e-32秒后，就暴胀到大约1光年的直径。在1 秒钟时，由于大爆炸产生的极强高能辐身均匀地充满整个空间，宇宙成为100亿k高温的熔炉，所有物质被熬成一锅基本粒子汤。 　　紧接着，一场肆虐的原始宇宙风暴开始了，基本粒子之间发生猛烈撞击，中子熔入质子形成了氦核。这个过程延续了大约三分钟，直至所有的中子消耗殆尽为止。有约22%质量的物质聚合成氦核，余下的物质几乎为没有聚合的质子，即氢核，仅有十万分之几属于同位素氦3和氘，百亿分之几归之于锂。

　　　　　　　　　　　　　　　　　原始星云形成 　　构建原始宇宙的原生物质（主要是约78%的氢和22%的氦）的产生过程，在宇宙史的最初三分钟便告完成；在此后宇宙由于膨胀而冷却，如此大规模的核合成过程再也不可能发生了，而小规模的核合成也只有等到恒星产生以后。 　　初生宇宙的空间充斥着极强壮的高能辐射，炽热惊人。原生物质氢核和氦核均匀分布在整个太空，它们之间的引力微弱，远不足以克服巨大的扩散压力和辐射压，因此无法凝聚成团。看来要打破这种物质均匀分布的状态，还要等宇宙冷却到足够的程度。 　　光阴一分分，一年年地流逝着，30万年过去，宇宙的温度温度急降到了4000k，然而其均匀状态依然如故；1000万年过去，宇宙中高能辐射冷却变成微波背景辐射，氢核和氦核形成了各自的原子，原子间的引力也终于战胜扩散压力和辐射压，在它的作用下渐渐形成了一个个物质密度较大的地区，并继续向中心收缩；原始星云就这样形成了。　　在宇宙诞生1000万年以后，由氢、氦两种元素构成的巨大原始星云弥漫着太空，虽然非常稀薄，却表明宇宙物质不再处于均匀分布的状态，这预示了宇宙星光灿烂的未来。

　　　　　　　　　　　　 恒星形成 　　原始星云在引力的作用下继续向中心聚集，并因星云间的潮汐作用开始旋转，渐渐形成双凸透镜的形状。星云收缩使引力不断增强，从而促使旋转不断加速，而旋转加速又导致星云缘不稳定，从而裂成两个旋臂。旋臂上发生局部的凝结，每个凝块具有适当体积，可以在我们所见的恒星狭小限度内形成恒星。 　　以上过程不断进行着，整个星云最终演化成星系。宇宙中最初形成星系的时间大约是大爆炸后十亿年。通过哈勃太空望远镜，可以发现在我们星系以外的遥远空间里正在形成的其它星系，那正是几十亿年前形成这些星系的情形。 　　目前用天文望远镜观测的星系总数须以10亿来计算，我们所在的银河系只是其中的普通一员而已。这些星系都是庞大的恒星集团，且距离我们极其遥远，因此称之为“岛宇宙”。十几个或几十个星系由引力维系在一起，组成星系团；随着宇宙的膨胀，星系团间正彼此远离。

　　　　　　　　　　　　　恒星的生命历程 　　恒星是宇宙物质凝聚到一定程度的产物，它起源于旋涡星云臂上的一块区域。在这块区域物质较密集的部分，由于自身的引力较强，就会使物质聚集得更快，温度也上升更快，旋转得更快。这一过程逐渐加剧，当某一区域的中心温度上升到约1000万k时，就会引发热核反应，向外发放辐射，恒星的生命历程便开始了；而旋转速度达到一定值时，恒星就会分裂成互相绕行的双星或多星。 　　双星（或多星）是恒星演化的正常规程，而伴有行星的单星（例如太阳）则是恒星演化中极其罕见的事件，大约在十万个恒星中才有一个，它的起源过程至今仍然只是一个猜想：在恒星演化的某一早期阶段，两个气体星运行到彼此邻近时，便产生了潮汐波。及至两星接近到某一临界距离时，这潮汐波即射出长臂状的物质，然后再裂成具有适当大小与特性的物体，形成像地球这样的行星。 　　起源于原始星云中的恒星为第一代恒星，它们是由原生物质组成的气体星球。宇宙史纪元50亿年时，第一代恒星产生了，它们照亮了幽暗的太空，从此一个新的宇宙时代来临了。

　　　　　　　　　　　恒星的生命历程 　　恒星形成后开始进入生命周期中的氢燃烧阶段，氢的原子核聚变成氦，并向外发放光和热。当恒星中的氢消耗掉10%时就发生收缩，恒星中心部位的温度升高到1 亿k以上。同时，由于恒星内部的活动，恒星外层被中心区域推开，膨胀的恒星变成一颗红巨星。于是，在星球密度很大温度极高的中心部分开始发生氦的燃烧，氦核聚变成铍，碳和氧。这一阶段一直延续到恒星中心部分的氦消耗殆尽，碳和氧所占的比例大致相等时才结束。 　　氦的燃烧阶段结束时，星球中心区域收缩，温度重新上升。在一些质量足够大（质量至少是太阳的4倍）的恒星里，中心的温度可以达到10亿k，碳和氧的燃烧得以开始，结果形成了钠、镁、硅和硫等元素。当恒星中心部分的碳和氧消耗殆尽并富含硅时，便开始了硅的燃烧阶段，硅转化成硫，氩和其它一些更重的元素。如果恒星通过收缩，能使内部温度升到30亿k左右，那么恒星便开始了它生命周期中的平衡阶段，形成铁及附近的一些元素。铁在所有元素中，其原子核最为稳定，因此一颗恒星能燃烧到生命的终结，将形成一个铁球，它的末日也便来临了。 　　垂死的恒星与自身的引力作着最后抗争，但最终还是跌进了引力深渊之中。外围各层数以万亿吨计的物质以每秒几万公里的速度朝核区坍缩，与核区发生了极为强烈的碰撞，这就是“超新星爆发”。爆发的巨大能量使恒星外围物质得以加热，铁吸收中子及能量后，在恒星熔炉的是最后阶段炼出了金、铅、铀等更重的元素。以上过程表明目前人类所利用的核能（确切说应该是核裂变能）归根到底是久远的超新星爆发能，正如煤、石油所含的化学能是古老的太阳能一般。 　　超新星爆发产生的巨大激波，将恒星外围的物质抛入广阔无垠的太空；这些物质由恒星各个燃烧阶段产生的92种元素构成。恒星的一生灿烂辉煌，它的光和热孵育了生命；它亦是宇宙中神奇的炼金炉，组成我们及地球的每一个原子，都曾在那些久已熄灭的古老恒星中经受熔炼。

　　　　　　　　　　　　恒星的物质循环 　　第一代恒星消亡了，它归宿于白矮星，中子星和黑洞。然而悲壮的死亡中酝酿着灿烂的新生，在它们的废墟上将升起新一轮的恒星，一个有生命的宇宙时代即将拉开序幕。 　　超新星爆发抛出的物质，在广袤的星际空间漫无目的地遨游，在碰撞和辐射的作用下，被原始星支携带着运行。几百万年过去了，这些物质因膨胀而变得稀薄，最终与原始星云混而为一了，因此宇宙中的星云不再只是由原生物质氢和氦构成，而是遭到重元素的污染；由于这种污染，恒星之外有了出现自然景观，生命，技术和能源的可能。 　　在宇宙史纪元100亿年时，这种被“污染”的星云在引力作用下收缩，坍缩和碎裂。核子活动再度爆发，第二代恒星及行星诞生了，太阳便是其中一例。这些恒星也将开始其生命历程，最终与会因缺乏燃料而死去；它们的碎屑又与尚未聚集成恒星的原生物质一道凝聚成下一代恒星。但这种物质的再循环并非永无止境的，原生物质会一点一点地并入新生的恒星，直至全部用完。当最后一代恒星走完它们的生命轮回而死亡时，宇宙永恒的长夜就来临了。

　　　　　　　　　生命的形成与进化　　生命是宇宙物质演化的最高级形式，也有人认为生命只是宇宙演化的副产物中微不足道的偶然现象，由于发生了种种时间和空间的巧合，才得以在地球上出现。 　　的确，在宇宙中满足生命形成与演化所必需的地方，即使不是唯有地球，也是很少的。地球所绕转的太阳是恒星中少有的单星，使得它外围有稳定的生态圈存在；太阳又是第二代恒星，使得其行星从一开始形成就有生命所必需的碳，氧等重元素存在；太阳大小适宜，使它既有足够的存在时间供生命形成与进化，又有足够的光和热去孵育和养育生命；地球本身也是一个特殊的行星，它的轨道全部在太阳的生态圈内；它大小适宜，使它的引力能保留住水和大气，且大气层厚薄适当，既挡掉了大多数紫外线，又不至于遮住过多的阳光；地球有较强的磁场，使生命免遭宇宙带电粒子的致命轰击……，总之地球在许多方面拥有得天独厚的生命存在条件,使其成为宇宙中少有的生命家园。 　　地球在46亿年前形成后,便开始了生命形成历程：原始地球中的无机物在太阳紫外线的作用下，形成了简单有机物,它们通过水流汇集于海洋,在那里化合成复杂的有机物。这些复杂有机物形成生命的过程,至今仍然是个疑案,但其中必定有不计其数的巧合,在地球形成生命的过程中幸运地发生了；这样，原始生命在地球形成15亿年后出现了。　　原始生命在漫长的岁月里不断进化:16亿前有细胞核的单细胞生物出现,7亿年前多细胞生物出现,3.7亿年前陆地生物出现,2.8亿年前爬行动物出现,1.8亿年哺乳动物出现,7000万年前灵长目动物出现,3500万年前类人猿出现,400万直前原人出现,50万年前直立人出现,直至3.5万年前出现了现代人类;于是在宇宙史纪元150亿年时,宇宙中便有了智慧生物创造的技术和文明。我们目前所知的生命仅限于地球生命,而科学家对地外生命和文明的乐观估计是：仅银河系就可能有6亿个行星有生命存在，其中拥有技术和文明的的行星也多达100万个!

　　　　　　　　　　　　　宇宙的终结 　　宇宙的未来命运如何?科学家、哲学家和神学家都提出了自己的观点。一个目前被普遍认同的观点是：宇宙作为物质世界的全部，也就遵守物质自身和规律；而根据热力学第二定律，得出的结 论实在令人难以接受：宇宙将在遥远的未来走向死亡——永恒的死亡。 设想在非常非常遥远的未来，所有恒星因缺乏燃料而熄灭，宇宙一片黑暗。在这漆黑的浩瀚太空中，潜伏着许多带自转的黑洞、离散的中子星和黑矮星，另外还有一些行星级的天体，它们在引力的作用下进行着一场战争，战争的结局是星系解散了，绝大多数天体被引力弹弓抛入星系际空间，永远漫游在膨胀着的太空中；而星系中心的黑洞取得了兼并战的局部胜利，它吞并了百分之几的天体，形成了更大的黑洞。这场战争持续时间长得超乎想象，大约是今天宇宙年龄的十亿倍。 　　在又一段长长得超乎想象的时间里，当宇宙背景辐射由于膨胀降至足够低的程度时，所有的黑洞最终都会在一阵快辐射中一下子化为乌有，在宇宙永恒夜幕中划出一道道瞬现即逝的闪光；而其它天体也将在这漫长和时间里发生衰变而渐渐蒸发，直至完全消失，变成正电子或其它粒子；宇宙变成一锅令人难以置信的稀汤，其中有光子、中微子及数量正在逐渐减少的电子和正电子。宇宙曾经拥有的辉煌，包括闪烁的群星以及智慧生命创造的无数奇迹，都湮没在这荒凉而又空虚的宇宙中，不留下任何记忆，只有时间在无休止地流逝，空间在无止境地膨胀