宇宙中最初的氫和氦來真的是無中生有嗎？

發(fā)布日期：2021/7/25    Tag：氫和氦

宇宙是一個(gè)物質(zhì)的世界，在人類沒有走出地球之前，我們從宏觀上看到的地球，到處都是各種物質(zhì)，大地，高山，海等這些宏觀可見的東西，它們都是物質(zhì)構(gòu)成的。隨著人類走進(jìn)科技時(shí)代，發(fā)明了顯微鏡之后，我們看到了宏觀背后微觀世界，在宏觀世界里，我們看不到任何東西的空間里，在顯微鏡之下同樣存在著大量的微觀粒子，它們也是物質(zhì)。

當(dāng)我們走出地球看到了浩瀚的宇宙之后，認(rèn)知也有了大幅提升。在很多人看來，宇宙是真空的，天體之間的距離也非常大，平均都在數(shù)光年以上，天體之間的空闊地帶應(yīng)該沒有物質(zhì)的存在。可事實(shí)上，宇宙沒有絕對(duì)的真空，在我們認(rèn)為沒有物質(zhì)的真空中，仍然存在著一些微觀粒子，只是我們?nèi)庋劭床坏健?/p>

物質(zhì)構(gòu)成了這個(gè)世界的一切，構(gòu)成了整個(gè)宇宙。根據(jù)科學(xué)研究，地球上的總物質(zhì)量達(dá)到了6億億億公斤，而地球所在的太陽系總質(zhì)量達(dá)到了200萬億億億公斤。銀河系的總質(zhì)量更是太陽質(zhì)量的一萬億倍，而銀河系也只不過是可觀測(cè)宇宙范圍內(nèi)的一粒塵埃。

由此可見，宇宙的總質(zhì)量更是一個(gè)我們無法想象的數(shù)字，看到這里很多人要問了，宇宙中的這些龐大的物質(zhì)是如何來的？其實(shí)它們的來歷跟恒星有著密切的關(guān)系。恒星相當(dāng)于宇宙元素的提煉加工廠，它是宇宙誕生后不久就出現(xiàn)了。

恒星內(nèi)部的核聚變可以將氫元素聚變成氦元素，而氦元素又進(jìn)一步發(fā)生核聚變生成更重的氧元素以及其它的元素。我們都知道，元素周期表有118種元素，這只是目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的，而在宇宙中可能還存在著一些我們沒有發(fā)現(xiàn)的未知元素。

如此多的元素都是恒星通過核聚變轉(zhuǎn)化而來的嗎？當(dāng)然不是，恒星的核聚變只能將氫元素轉(zhuǎn)化到鐵元素這個(gè)位置，而后面的那些更重的元素則需要其它的方式，比如恒星末期發(fā)生的超新星爆發(fā)，中子星碰撞等。

不管是超新星爆發(fā)，還是中子星碰撞，它們的起源都跟恒星有關(guān)，恒星壽命走到末期會(huì)發(fā)生超新星爆發(fā)，而中等質(zhì)量的恒星超新星爆發(fā)之后就會(huì)形成中子星。由此可見，恒星對(duì)于宇宙的演化有多么的重要，如果沒有它們，也就沒有現(xiàn)在宇宙的一切。

根據(jù)大爆炸理論，宇宙中最初是沒有任何物質(zhì)的，就連空間都不存在。在138億年前，宇宙就是一個(gè)時(shí)空奇點(diǎn)，后來這個(gè)時(shí)空奇點(diǎn)發(fā)生了大爆炸，一個(gè)時(shí)空奇點(diǎn)能夠以大爆炸的形式展開，說明有一股巨大的純能量在推動(dòng)著它。

隨著宇宙的快速膨脹，溫度也在逐漸降低，到了宇宙誕生后10^-33秒，宇宙空間暴脹結(jié)束，純能量開始轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N基本粒子?？赡苡信笥褧?huì)問了：能量怎么能夠轉(zhuǎn)化為基本粒子？其實(shí)這個(gè)問題的答案愛因斯坦的質(zhì)能方程式已經(jīng)告訴我們了。

愛因斯坦用質(zhì)能方程式告訴我們，質(zhì)量和能量從某種意義上來講是等價(jià)的，它們二者沒什么本質(zhì)區(qū)別，是物質(zhì)的兩種表現(xiàn)形式。在溫度提升到某個(gè)程度之后，物質(zhì)就以能量的形式存在，當(dāng)溫度下降到某個(gè)程度之后，物質(zhì)就會(huì)以質(zhì)量的形式存在，所以它們是可以相互轉(zhuǎn)化的。

時(shí)空奇點(diǎn)集聚了巨大的能量，當(dāng)它發(fā)生大爆炸的時(shí)候，能量級(jí)別是非常高的，在這個(gè)溫度之下質(zhì)量只能以能量的形式存在?？墒请S著宇宙的暴漲，空間呈現(xiàn)幾何指數(shù)擴(kuò)大，宇宙溫度也在不斷下降。

溫度下降了之后，質(zhì)量就無法保持純能量的形式，只能轉(zhuǎn)化為基本粒子。當(dāng)然氫和氦也不是由純能量直接轉(zhuǎn)化而來，而是由最初的正物質(zhì)粒子在宇宙誕生后100微秒，夸克聚集形成質(zhì)子和中子，質(zhì)子也就是氫原子核。大爆炸幾分鐘后，質(zhì)子和中子結(jié)合在一起形成了氦原子核，有了氦元素。

根據(jù)質(zhì)子和中子的比例關(guān)系，可以推測(cè)出宇宙最初產(chǎn)生的氫和氦的質(zhì)量比為3:1，這就是宇宙最初的氫和氦的來歷，它們并不是無中生有。看到這里，可能有人會(huì)說了，能量能夠轉(zhuǎn)化為物質(zhì)，這是多么神奇的一種能力。如果溫度能夠達(dá)到，那是不是人類就可以創(chuàng)造物質(zhì)？

質(zhì)能方程式的確告訴我們，能量和物質(zhì)是可以相互轉(zhuǎn)化的，可是要達(dá)成這個(gè)轉(zhuǎn)化條件是非常困難的，而需要的這個(gè)溫度目前只在宇宙大爆炸的瞬間出現(xiàn)過。所以，你在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中是無法實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的。

當(dāng)然，科學(xué)的力量是無窮的，只要人類將科技發(fā)展到終極的時(shí)候，創(chuàng)造出一個(gè)達(dá)到能量轉(zhuǎn)化物質(zhì)的溫度空間，或許也是可以做到的。如果未來我們真的做到了，那是否意味著人類也可以創(chuàng)造一個(gè)宇宙出來？若是這樣，那我們將不得不思考這個(gè)宇宙的來歷，它會(huì)不會(huì)也是宇宙之外的一個(gè)高級(jí)文明創(chuàng)造出來的？