宇宙的演化

                     

贡献者: boymike17; addis

  • 本文需要更多参考文献。
  • 本文缺少预备知识,初学者可能会遇到困难。

   宇宙演化可以大约分为两个时期,(详见表 1 1),从创世之初($t=0$)到创世后 3 分钟我们可以称为前物质时期。这个时期可以大致分为两个时期:从宇宙诞生后到 $10^{-43}$ 秒,此时宇宙沐浴于 $10^{18} \,\mathrm{GeV} $ 的高温中,四大相互作用被统一在一起。随后到 $10^{-34}$ 秒宇宙在高温中经历暴胀(Inflation),宇宙尺度因子迅速扩大(详见图 1 2)。在暴胀快结束时超对称破缺,宇宙中的重元素开始产生。

表1:宇宙大事记(问号表示理论尚未给出合理解释)
时间 能量
普朗克时间奇点? $<10^{-43} \,\mathrm{s} $ $10^{18} \,\mathrm{GeV} $
弦论尺度? $>10^{-43} \,\mathrm{s} $ $<10^{18} \,\mathrm{GeV} $
超统一? $\sim 10^{-36} \,\mathrm{s} $ $10^{15} \,\mathrm{GeV} $
暴胀开始? $>10^{-34} \,\mathrm{s} $ $<10^{15} \,\mathrm{GeV} $
超对称破缺? $<10^{-10} \,\mathrm{s} $ $>1 \,\mathrm{TeV} $
重元素产生? $<10^{-10} \,\mathrm{s} $ $>1 \,\mathrm{TeV} $
电弱统一时期 $10^{-10} \,\mathrm{s} $ $1 \,\mathrm{TeV} $
夸克-强子转换时期 $10^{-4} \,\mathrm{s} $ $10^2 \,\mathrm{MeV} $
核子冷却 $0.01 \,\mathrm{s} $ $10 \,\mathrm{MeV} $
中微子退偶 $1 \,\mathrm{s} $ $1 \,\mathrm{MeV} $
大爆炸原核初合成 $3 \,\mathrm{min} $ $0.1 \,\mathrm{MeV} $
物质-辐射密度相等 $10^4 \,\mathrm{yrs} $ $1 \,\mathrm{eV} $
再融合 $10^5 \,\mathrm{yrs} $ $0.1 \,\mathrm{eV} $
宇宙黑暗时期 $10^5 - 10^8 \,\mathrm{yrs} $
再电离 $10^8 \,\mathrm{yrs} $
星系形成 $\sim 6 \times 10^{8} \,\mathrm{yrs} $
暗能量 $\sim 10^9 \,\mathrm{yrs} $
太阳系形成 $ \sim 8 \times 10^{9} \,\mathrm{yrs} $
图
图 1:宇宙尺度及成分表

   从 $10^{-10}$ 秒到宇宙诞生后 3 分钟,宇宙暴胀结束,宇宙从 $1 \,\mathrm{TeV} $ 迅速逐渐冷却到 $0.1 \,\mathrm{MeV} $。在此期间暴胀所释放的能量把宇宙重新加热,宇宙中的电弱相互作用开始分离,夸克结合成强子,中子冷却下来,宇宙中的核子开始在相互作用下结合并形成,称为原核初合成(BBN);中微子在创世后 1 秒与其他核子退耦并此后不再与其他物质产生相互作用,一直传播到现在。此时,宇宙开始以辐射为主导,我们也称为辐射主导时期的开始,此外,宇宙中的原初扰动和引力波开始形成。

图
图 2:宇宙成分变化

   从创世后 3 分钟到现在,我们可以称为后物质时期。我们也可以把这个时期大致地分为两个时期:从宇宙诞生后 3 分钟到 380.000 年,宇宙一直以辐射为主导(详见图 2 3)。随着宇宙的膨胀光子和物质从密度对等逐渐分离,且光子、物质和原初引力波进行充分的相互作用称为再融合(recombination),光子逐渐冷却下来形成宇宙辐射背景(CMB),期间暗物质开始形成。

   从宇宙诞生后 $380.000$ 年到现在,宇宙进入物质主导时期,另一部分光子形成了宇宙辐射背景并随着时间演化到现在,一部分光子和原初引力波相互作用后成为 B-模极化光子; 一部分原初引力波和中微子并不参与到相互作用中,并随着时间演化直到现在。在此期间,各大星系形成于创世后 $10^8$ 年之后,太阳系形成于 $8 \times 10^{9} $ 年。


1. ^ 翻译自 Daniel Baumann,TASI Lectures on Inflation, arXiv:0907.5424,1.2 节,Table1
2. ^ 引自 Daniel Baumann,TASI Lectures on Inflation, arXiv:0907.5424,1.2 节,Figure2
3. ^ 引自 Daniel Baumann,Cosmology,Perface,Figure 1


致读者: 小时百科一直以来坚持所有内容免费,这导致我们处于严重的亏损状态。 长此以往很可能会最终导致我们不得不选择大量广告以及内容付费等。 因此,我们请求广大读者热心打赏 ,使网站得以健康发展。 如果看到这条信息的每位读者能慷慨打赏 10 元,我们一个星期内就能脱离亏损, 并保证在接下来的一整年里向所有读者继续免费提供优质内容。 但遗憾的是只有不到 1% 的读者愿意捐款, 他们的付出帮助了 99% 的读者免费获取知识, 我们在此表示感谢。

                     

友情链接: 超理论坛 | ©小时科技 保留一切权利