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第八章 宇宙的起源和命运(2 / 16)

较小能量,粒子/反粒子对产生得不快,而湮灭则变得比产生更快。

就在大爆炸时,宇宙体积被认为是零,所以是无限热。但是,辐射温度随着宇宙膨胀而降低。大爆炸后1秒钟,温度降低到约为100亿度,这大约是太阳中心温度1千倍,亦即氢弹爆炸达到温度。此刻宇宙主要包含光子、电子和中微子(极轻粒子,它只受弱力和引力作用)和它们反粒子,还有些质子和中子。随着宇宙继续膨胀,温度继续降低,电子/反电子对在碰撞中产生率就落到它们湮灭率之下。这样只剩下很少电子,而大部分电子和反电子相互湮灭,产生出更多光子。然而,中微子和反中微子并没有互相湮灭掉,因为这些粒子和它们自己以及其他粒子作用非常微弱,所以直到今天它们应该仍然存在。如果们能观测到它们,就会为非常热早期宇宙阶段图象提供个很好证据。可惜现今它们能量太低,以至于们不能直接地观察到。然而,如果中微子不是零质量,而是如苏联在1981年进行次没被证实实验所暗示,自身具有小质量,们则可能间接地探测到它们。正如前面提到那样,它们可以是“暗物质”种形式,具有足够引力吸引去遏止宇宙膨胀,并使之重新坍缩。

在大爆炸后大约100秒,温度降到10亿度,也即最热恒星内部温度。在此温度下,质子和中子不再有足够能量逃脱强核力吸引,所以开始结合产生氘(重氢)原子核。氘核包含个质子和个中子。然后,氘核和更多质子中子相结合形成氦核,它包含二个质子和二个中子,还产生少量两种更重元素锂和铍。可以计算出,在热大爆炸模型中大约4分之1质子和中子转变氦核,还有少量重氢和其他元素。所余下中子会衰变成质子,这正是通常氢原子核。

1948年,科学家乔治·伽莫夫和他学生拉夫·阿尔法在合写篇著名论文中,第次提出宇宙早期阶段图像。伽莫夫颇有幽默——他说服核物理学家汉斯·贝特将他名字加到这论文上面,使得列名作者为“阿尔法、贝特、伽莫夫”,正如希腊字母前三个:阿尔法、贝他、伽玛,这特别适合于篇关于宇宙开初论文!他们在此论文中作出个惊人预言:宇宙早期阶段辐射(以光子形式)今天还应在周围存在,但是其温度已被降低到只比绝对零度(273℃)高几度。这正是彭齐亚斯和威尔逊在1965年发现辐射。在阿尔法、贝特和伽莫夫写此论文时,对于质子和中子核反应解得

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