大爆炸与宇宙起源：科学小百科揭秘

根据大爆炸理论，宇宙是由一个致密致热的奇点膨胀到现在的状态的。大爆炸理论（ Big Bang）是宇宙物理学关于宇宙起源的理论。根据大爆炸理论，宇宙是在大约 140亿年前由一个密度极大且温度极高的状态演变而来的。本理论产生于观测到的哈勃定律下星系远离的速度，同时根据广义相对论的弗里德曼模型，宇宙空间可能膨胀。延伸（数学上同插值相反）到过去，这些观测结果显示宇宙是从一个起始状态膨胀而来。在这个起始状态中，宇宙的物质和能量的温度和密度极高。至于在此之前发生了什么，广义相对论认为有一个引力奇点，但物理学家对此意见并不统一。

最初的 1秒钟是宇宙史上的一道分水岭。在此时刻以后，宇宙的温度已降到一定程度，能用我们现有的物理知识来描述，从而获得一幅大致准确的宇宙鸟瞰图。而在 1秒钟之前，致密、高热的宇宙是一堆人类尚无力了解其行为的粒子，现有的物理规律不足以描述其行为。这是黑箱式的 1秒钟。

在 1秒钟之前，宇宙中应该存在着等量的质子和中子，因为弱相互作用会使质子与中子相互转化，维持其数目的平衡。但到了 1秒钟时，膨胀速度变得太大了，弱相互作用不能再维持质子与中子数的平衡。由于中子比质子稍重一些，质子转变为中子需要消耗较多能量，比中子转变为质子困难一些。然后，弱相互作用停止，中子和质子不再大量互相转换，留下的中子与质子相对数目有一个确定的比值——大概是 1比 6。

在最初 1秒过后、 3分钟之内，中子和质子进行剧烈的聚合反应，形成氘核、氦核和锂核，主要是形成氦核。这个过程用完了所有的中子，余下的质子就成了氢原子核。 3分钟过后，宇宙的温度降到 10亿度以下，物质密度也迅速下降，这类核反应遂告中止。计算表明，最初三分钟里大约有 22～24%的物质形成的氦 4，剩下的物质几乎全部保持氢的形式，仅有十万分之几成为氦 3和氘，还有百亿分之几成为锂。(www.xing528.com)

因此，大爆炸模型预言宇宙中应有 22～24%的物质为氦，余大绝大部分为氢。最初三分钟里形成的氢和氦，构成了宇宙中 99%以上的物质。形成行星和生命的丰富多彩的重元素，只占宇宙总质量的不到 1%，它们大部分是在大爆炸之后很久于恒星的内部形成的。

对宇宙各处的氦、氘及其他元素等的观测，极好地证实了上述丰度值的普适性。简单的大爆炸模型与严格的天文观测间形成了美妙的一致。这一预言是大爆炸图景最大的成功。至百万年前后，温度降至 107～6K范围，宇宙间弥漫着由轻元素原子核和电子、质子等组成的等离子体。 2.5亿年后温度降至 103K时，辐射减弱，中性原子形成，等离子体复合成为正常气体。至 10亿年前后星系开始形成， 50亿年前后开始出现首批恒星，太阳系的形成则在 100亿年前后。

随着时间的前进，在几乎是均匀分布的物质空间中，密度稍微大一点儿的区域通过引力作用吸引附近的物质，从而变得密度更大，并形成今天的气体云、恒星、星系和其他天文学观测到的结构。具体过程决定于宇宙物质的形式和数量，其中形式可能有三种：冷暗物质、热暗物质和重子物质。