作业帮宇宙的秘密
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/28 15:23:16
宇宙的秘密
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宇宙的秘密
大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争,爆炸产生的动力是一种斥力,它使宇宙中的天体不断远离；天体间又存在万有引力,它会阻止天体远离,甚至力图使其互相靠近.引力的大小与天体的质量有关,因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀,还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小,这完全取决于宇宙中物质密度的大小.
理论上存在某种临界密度.如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度,宇宙就会一直膨胀下去,称为开宇宙；要是物质的平均密度大于临界密度,膨胀过程迟早会停下来,并随之出现收缩,称为闭宇宙.
问题似乎变得很简单,但实则不然.理论计算得出的临界密度为5×10－30克/厘米3.但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了.星系间存在广袤的星系间空间,如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间,那么,平均密度就只有2×10－31克/厘米3,远远低于上述临界密度.
然而,种种证据表明,宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质,其数量可能远超过可见物质,这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素.因此,宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题.不过,就目前来看,开宇宙的可能性大一些.
恒星演化到晚期,会把一部分物质（气体）抛入星际空间,而这些气体又可用来形成下一代恒星.这一过程会使气体越耗越少,以致最后再没有新的恒星可以形成.1014年后,所有恒星都会失去光辉,宇宙也就变暗.同时,恒星还会因相互作用不断从星系逸出,星系则因损失能量而收缩,结果使中心部分生成黑洞,并通过吞食经过其附近的恒星而长大.
1017～1018年后,对于一个星系来说只剩下黑洞和一些零星分布的死亡了的恒星,这时,组成恒星的质子不再稳定.当宇宙到1024岁时,质子开始衰变为光子和各种轻子.1032岁时,这个衰变过程进行完毕,宇宙中只剩下光子、轻子和一些巨大的黑洞.
10100年后,通过蒸发作用,有能量的粒子会从巨大的黑洞中逸出,并最终完全消失,宇宙将归于一片黑暗.这也许就是开宇宙末日到来时的景象,但它仍然在不断地、缓慢地膨胀着.
闭宇宙的结局又会怎样呢?闭宇宙中,膨胀过程结束时间的早晚取决于宇宙平均密度的大小.如果假设平均密度是临界密度的2倍,那么根据一种简单的理论模型,经过400～500亿年后,当宇宙半径扩大到目前的2倍左右时,引力开始占上风,膨胀即告停止,而接下来宇宙便开始收缩.
以后的情况差不多就像一部宇宙影片放映结束后再倒放一样,大爆炸后宇宙中所发生的一切重大变化将会反演.收缩几百亿年后,宇宙的平均密度又大致回到目前的状态,不过,原来星系远离地球的退行运动将代之以向地球接近的运动.再过几十亿年,宇宙背景辐射会上升到400开,并继续上升,于是,宇宙变得非常炽热而又稠密,收缩也越来越快.
在坍缩过程中,星系会彼此并合,恒星间碰撞频繁.一旦宇宙温度上升到4000开,电子就从原子中游离出来；温度达到几百万度时,所有中子和质子从原子核中挣脱出来.很快,宇宙进入“大暴缩”阶段,一切物质和辐射极其迅速地被吞进一个密度无限高、空间无限小的区域,回复到大爆炸发生时的状态