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宇宙中一切物質最初都是怎麼產生的答案可能會顛覆認知

很多朋友都認為宇宙誕生於虛無,或者認為大爆炸論無中生有,這種都是完全錯誤的觀點,宇宙的物質一直都存在,而且總量完全沒有變化,大爆炸並不能憑空創造物質,它只是一個物質的轉變過程!

宇宙中一切物質最初都是怎麼產生的答案可能會顛覆認知

物質是由原子組成的,現在這是一個小學生都知道的事實,但直到100多年前的盧瑟福從α粒子的散射實驗才知道了原子核的結構,原子核外層的電子佔據龐大的空間,而的原子核卻只佔了微不足道的中心區域,但整顆原子的絕大部分質量都集中在原子核上!

宇宙中一切物質最初都是怎麼產生的答案可能會顛覆認知

組成原子和的是質子和中子,兩者克服庫侖斥力被強作用力緊緊的束縛在一起,無論是讓它們分開還是結合,都需要巨大的能量。因此要讓普通的原子裂變或者輕元素聚變都是一件超級困難的事情!

宇宙中一切物質最初都是怎麼產生的答案可能會顛覆認知

夸克和膠子是組成中子和質子的更小單元,中子和質子都是由夸克組成,但兩者有個小小的區別。

中子:1上夸克+2下夸克

質子:2上夸克+1下夸克

中子可以透過衰變轉換為質子,自由中子的半衰期大約是800秒左右,原子核內部的中子也有一定的機率衰變!而質子則可以透過吸收能量轉換為中子,比如太陽核心正在發生的事情,質子反應鏈的第一步,兩個質子在高溫下透過量子隧穿效應轉換為氫的同位素氘,而這個機率很低,週期很長,這個效應保證了太陽是一顆超級長壽命的恆星(紅矮星更長)

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質能轉換方程,愛因斯坦在1905年6月27日發表《物質的慣性和它所含的能量有關嗎》論文中闡述了E=mc2這個簡單而又深刻的事實,一百多年來,我們認識到了質量真的可以轉換成能量,比如裂變有0。094%左右的質量轉換為能量,聚變大約有0。7%左右,而正反物質湮滅則可以100%的質量轉換為能量!

那麼有能量轉換為質量的方式嗎?答案是有:一對伽馬光子碰撞可以轉變為電子和正電子對的,但是必須兩個光子的能量足夠高才行。

這是能量轉換為質量的一種模式,而普通光子比如我們的鐳射和太陽光,能量是明顯不夠的!科學家已經完成了質量轉換為能量,也實現了從能量轉換為質量,那麼有沒有處在中間狀態的物質呢?

宇宙中一切物質最初都是怎麼產生的答案可能會顛覆認知

2011年6月,布魯克海文國家實驗室的RHIC(相對論重離子對撞機)將兩束金原子核加速到接近光速並使其碰撞,觀測到了高能量密度和超高溫的夸克膠子等離子體!測量到了淨質子數分佈的特徵!與格點量子色動力學的計算結果進行比較後確定了重子數密度為零的情況下,從強子物質到夸克膠子等離子體的相變溫度,根據計算這個溫度大約為2萬億度。

宇宙中一切物質最初都是怎麼產生的答案可能會顛覆認知

此時的物質處在能量和物質相變狀態,向上則轉變為能量,向下則是質量,也就是夸克和膠子。

宇宙大爆炸是一個將純能量狀態的奇點,透過暴漲降溫後,宇宙的溫度低於相變溫度以下,形成了物質的過程,當然它真正的過程並沒有那麼簡單,而是有一個非常複雜的過程:

普朗克時期:大爆炸開始至10^-43秒

大一統時期:大爆炸之後10^-43秒至10^-36秒

電弱時期:大爆炸結束之後,10^-36秒至10^-32秒

電弱對稱破缺和夸克時期:在大爆炸之後10^-12秒和10^-6秒g

強子時期:大爆炸之後10^-6秒至1秒

輕子時期:大爆炸之後1秒至10秒鐘

光子時期:大爆炸之後10秒鐘至38萬年

夸克膠子相變溫度轉換髮生在大爆炸發生後約10^-6S,從此之後,宇宙進入了強子時代,因為溫度再往下,強子(比如中子和質子)就誕生了!再往後就是太初合成過程(核聚變),宇宙中生成了氫原子核,氦原子核以及裡原子核,此時距離真正的原子誕生還需要38萬年!