揭秘恒星產(chǎn)生之謎，宇宙剛誕生時(shí)是什么模樣

揭秘恒星產(chǎn)生之謎，宇宙剛誕生時(shí)是什么模樣

宇宙中大部分物質(zhì)都是氫，大家都知道萬(wàn)有引力物質(zhì)之間都要相互吸引。開(kāi)始是一些氫形成了一個(gè)球，它再繼續(xù)吸引其他的，直到形成一個(gè)很大的球。這時(shí)它還不會(huì)發(fā)光知道非常非常大時(shí)中心的溫度于壓力達(dá)到一定程度時(shí)氫開(kāi)始聚變，放出大量的能量，周?chē)臏囟群蛪簭?qiáng)都升高其他的氫也開(kāi)始聚變，這時(shí)它就像是被點(diǎn)燃了一樣開(kāi)始發(fā)光了。所以恒星都是非常大的，太陽(yáng)系中的木星的組成元素就跟恒星相似只是不夠大，如果它也像太陽(yáng)那么大，它也會(huì)發(fā)光成為一顆恒星。下面小編就為大家?guī)?lái)詳細(xì)的介紹，一起來(lái)看看吧!

恒星產(chǎn)生之謎

科學(xué)家們認(rèn)為，發(fā)生在137億年前的大爆炸創(chuàng)造了宇宙，大約1億年后，氫原子開(kāi)始結(jié)合燃燒，產(chǎn)生了明亮燃燒的恒星，但這些恒星究竟是個(gè)什么樣子，科學(xué)家一直沒(méi)有搞清楚。據(jù)美國(guó)宇航局太空網(wǎng)報(bào)道，美國(guó)的天文學(xué)家聲稱(chēng)，他們可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了宇宙的“第一縷曙光”。這一發(fā)現(xiàn)有望幫助他們揭示宇宙中各個(gè)星系在“大爆炸”發(fā)生僅數(shù)億年后開(kāi)始形成時(shí)，整個(gè)宇宙的實(shí)際發(fā)展情景。

該研究將首次向人們展示出距今130億年前宇宙剛誕生時(shí)的雛形模樣。

據(jù)美國(guó)宇航局駐馬里蘭的戈達(dá)德太空飛行中心的研究人員說(shuō)，他們相信已經(jīng)捕捉到早已消失了的恒星的輻射痕跡，這些恒星是在宇宙的嬰兒時(shí)期誕生的。如果上述發(fā)現(xiàn)能夠被最終證實(shí)，該研究將首次向人們展示出距今130億年前宇宙剛誕生時(shí)的雛形模樣，同時(shí)將有望揭示宇宙中各個(gè)星系在“大爆炸”發(fā)生僅數(shù)億年后開(kāi)始形成時(shí)，整個(gè)宇宙的實(shí)際發(fā)展情景。

原恒星

原恒星就是處于“原始狀態(tài)”(處于慢收縮階段的天體)的恒星。原恒星由“大爆炸”后產(chǎn)生的星際云(星際云很大，直徑在可達(dá)上千光年)演變而來(lái)。

大爆炸后的宇宙空間充滿了大致均勻的星際物質(zhì)。這些物質(zhì)中的一些不穩(wěn)定的因素(主要是引力)慢慢地引起星際云中物質(zhì)密度的變化，導(dǎo)致一個(gè)或幾個(gè)“引力中心”的出現(xiàn)。這些“引力中心”的引力作用使周?chē)奈镔|(zhì)向其中心墜落。物質(zhì)以越來(lái)越快的速度被吸收，這些物質(zhì)的引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為熱能，致使原恒星中心的溫度持續(xù)的升高。當(dāng)溫度達(dá)到六七百萬(wàn)度的時(shí)候，“質(zhì)子——質(zhì)子”的聚變核反應(yīng)被點(diǎn)燃。當(dāng)溫度升到一千多萬(wàn)度時(shí)，恒星中心的核反應(yīng)穩(wěn)定地進(jìn)行。至此，恒星的原恒星階段結(jié)束，主序星階段開(kāi)始。

在恒星演化過(guò)程中處于極早期階段的天體。通常把正處在引力收縮階段的濃密星際物質(zhì)云叫作原恒星，特別是其中的一種近乎球形的球狀體。但也有人認(rèn)為球狀體的密度還很小,不足以產(chǎn)生引力收縮;而且球狀體中的塵埃與氣體的比例過(guò)大，不能成為原恒星的原料。不少人認(rèn)為赫比格-阿羅天體、金牛座T型變星、耀星以及一些紅外星是原恒星的不同演化階段或不同形態(tài)。

恒星演化早期處在引力收縮階段的濃密星際物質(zhì)云。也有人更嚴(yán)格地把原恒星定義為這樣一種天體：它的主要能源既不像主序星來(lái)自氫燃燒，也不像主序前恒星靠準(zhǔn)流體靜力學(xué)收縮，釋放引力能，而是來(lái)自下落物質(zhì)的吸積。恒星孕育和誕生于氣體-塵埃云中，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡難以探測(cè)，尋找原恒星成為紅外天文學(xué)的重要任務(wù)。紅外天文衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的紅外源中，有些可能是仍然在吸積星云物質(zhì)的真正原恒星。

宇宙是怎樣產(chǎn)生的？宇宙最原始是什么樣子的？

宇宙的起源

本世紀(jì)，有兩種"宇宙模型"比較有影響。一是穩(wěn)態(tài)理論，一是大爆炸理論。20年代后期，愛(ài)德溫·哈勃(Edwin Hubble)發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象，說(shuō)明宇宙正在膨脹。60年代中期，阿爾諾·彭齊亞斯(Arno Penzias)和羅伯特·威爾遜(Robert Wilson)發(fā)現(xiàn)了"宇宙微波背景輻射"。這兩個(gè)發(fā)現(xiàn)給大爆炸理論以有力的支持。現(xiàn)在，大爆炸理論廣泛地為人們所接受。

大爆炸理論認(rèn)為，宇宙起源于一個(gè)單獨(dú)的無(wú)維度的點(diǎn)，即一個(gè)在空間和時(shí)間上都無(wú)尺度但卻包含了宇宙全部物質(zhì)的奇點(diǎn)。至少是在120~150億年以前，宇宙及空間本身由這個(gè)點(diǎn)爆炸形成。

宇宙是如何起源的？空間和時(shí)間的本質(zhì)是什么？這是從2000多年前的古代哲學(xué)家到現(xiàn)代天文學(xué)家一直都在苦苦思索的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)了哥白尼、赫歇爾、哈勃的從太陽(yáng)系、銀河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙學(xué)已經(jīng)不再是幽深玄奧的抽象哲學(xué)思辨，而是建立在天文觀測(cè)和物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一門(mén)現(xiàn)代科學(xué)。

目前學(xué)術(shù)界影響較大的“大爆炸宇宙論”是1927年由比利時(shí)數(shù)學(xué)家勒梅特提出的，他認(rèn)為最初宇宙的物質(zhì)集中在一個(gè)超原子的“宇宙蛋”里，在一次無(wú)與倫比的大爆炸中分裂成無(wú)數(shù)碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理學(xué)家伽莫夫等人，又詳細(xì)勾畫(huà)出宇宙由一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)于150億年前一次大爆炸后，經(jīng)一系列元素演化到最后形成星球、星系的整個(gè)膨脹演化過(guò)程的圖像。但是該理論存在許多使人迷惑之處。

宏觀宇宙是相對(duì)無(wú)限延伸的?！按蟊ㄓ钪嬲摗标P(guān)于宇宙當(dāng)初僅僅是一個(gè)點(diǎn)，而它周?chē)鷧s是一片空白，即將人類(lèi)至今還不能確定范圍也無(wú)法計(jì)算質(zhì)量的宇宙壓縮在一個(gè)極小空間內(nèi)的假設(shè)只是一種臆測(cè)。況且從能量與質(zhì)量的正比關(guān)系考慮，一個(gè)小點(diǎn)無(wú)緣無(wú)故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量從何而來(lái)呢？

人類(lèi)把地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一圈確定為衡量時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)——年。但宇宙中所有天體的運(yùn)動(dòng)速度都是不同的，在宇宙范圍，時(shí)間沒(méi)有衡量標(biāo)準(zhǔn)。譬如地球上東西南北的方向概念在宇宙范圍就沒(méi)有任何意義。既然年的概念對(duì)宇宙而言并不存在，大爆炸宇宙論又如何用年的概念去推算宇宙的確切年齡呢？

1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃提出了星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，并推導(dǎo)出星系都在互相遠(yuǎn)離的宇宙膨脹說(shuō)。哈勃定律只是說(shuō)明了距離地球越遠(yuǎn)的星系運(yùn)動(dòng)速度越快--星系紅移量與星系距離呈正比關(guān)系。但他沒(méi)能發(fā)現(xiàn)很重要的另一點(diǎn)--星系紅移量與星系質(zhì)量也呈正比關(guān)系。

宇宙中星系間距離非常非常遙遠(yuǎn)，光線傳播因空間物質(zhì)的吸收、阻擋會(huì)逐漸減弱，那些運(yùn)動(dòng)速度越快的星系就是質(zhì)量越大的星系。質(zhì)量大，能量輻射就強(qiáng)，因此我們觀察到的紅移量極大的星系，當(dāng)然是質(zhì)量極大的星系。這就是被稱(chēng)作“類(lèi)星體”的遙遠(yuǎn)星系因質(zhì)量巨大而紅移量巨大的原因。另外那些質(zhì)量小、能量輻射弱的星系（除極少數(shù)距銀河系很近的星系，如大、小麥哲倫星系外）則很難觀察到，于是我們現(xiàn)在看到的星系大多呈紅移。而銀河系內(nèi)的恒星由于距地球近，大小恒星都能看到，所以恒星的紅移紫移數(shù)量大致相等。

導(dǎo)致星系紅移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)都是在一定范圍內(nèi)圍繞一個(gè)中心按圓形軌跡運(yùn)動(dòng)的，不是像大爆炸宇宙論描述的從一個(gè)中心向四周作放射狀的直線運(yùn)動(dòng)。因此，從地球看到的紫移星系范圍很窄，數(shù)量極少，只能是與銀河系同一方向運(yùn)動(dòng)的，前方比銀河系小的星系；后方比銀河系大的星系。只有將來(lái)研制出更高分辨程度的天文觀測(cè)儀器才能看到更多的紫移星系。

宇宙中的物質(zhì)分布出現(xiàn)不平衡時(shí)，局部物質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)不斷發(fā)生膨脹和收縮變化，但宇宙整體結(jié)構(gòu)相對(duì)平衡的狀態(tài)不會(huì)改變。僅憑從地球角度觀測(cè)到的部分（不是全部）可見(jiàn)星系與地球之間距離的遠(yuǎn)近變化，不能說(shuō)明宇宙整體是在膨脹或收縮。就像地球上的海洋受引力作用不斷此漲彼消的潮汐現(xiàn)象并不說(shuō)明海水總量是在增加或減少一樣。

1994年，美國(guó)卡內(nèi)基研究所的弗里德曼等人，用估計(jì)宇宙膨脹速率的辦法計(jì)算宇宙年齡時(shí)，得出一個(gè)80～120億年的年齡計(jì)算值。然而根據(jù)對(duì)恒星光譜的分析，宇宙中最古老的恒星年齡為140～160億年。恒星的年齡倒比宇宙的年齡大。

1964年，美國(guó)工程師彭齊亞斯和威爾遜探測(cè)到的微波背景輻射，是因?yàn)椴紳M宇宙空間的各種物質(zhì)相互之間能量傳遞產(chǎn)生的效果。宇宙中的物質(zhì)輻射是時(shí)刻存在的，3K或5K的溫度值也只是人類(lèi)根據(jù)自己判斷設(shè)計(jì)的一種衡量標(biāo)準(zhǔn)。這種能量輻射現(xiàn)象只能說(shuō)明宇宙中的物質(zhì)由于引力作用，在大尺度空間整體分布的相對(duì)均勻性和星際空間里確實(shí)存在大量我們目前還觀測(cè)不到的“暗物質(zhì)”。

至于大爆炸宇宙論中的氦豐度問(wèn)題，氦元素原本就是宇宙中存在的僅次于氫元素的數(shù)量極豐富的原子結(jié)構(gòu)，它在空間的百分比含量和其它元素的百分比含量同樣都屬于物質(zhì)結(jié)構(gòu)分布規(guī)律中很平常的物理現(xiàn)象。在宇宙大尺度范圍中，不僅氦元素的豐度相似，其余的氫、氧……元素的豐度也都是相似的。而且，各種元素是隨不同的溫度、環(huán)境而不斷互相變換的，并不是始終保持一副面孔，所以微波背景輻射和氦豐度與宇宙的起源之間看不出有任何必然的聯(lián)系。

大爆炸宇宙論面臨的難題還有，如果宇宙無(wú)限膨脹下去，最后的結(jié)局如何呢？德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯指出，能量從非均勻分布到均勻分布的那種變化過(guò)程，適用于宇宙間的一切能量形式和一切事件，在任何給定物體中有一個(gè)基于其總能量與溫度之比的物理量，他把這個(gè)物理量取名為“熵”，孤立系統(tǒng)中的“熵”永遠(yuǎn)趨于增大。但在宇宙中總會(huì)有高“熵”和低“熵”的區(qū)域，不可能出現(xiàn)絕對(duì)均勻的狀態(tài)。所以，那種認(rèn)為由于“熵”水平的不斷升高而達(dá)到最大值時(shí)，宇宙就會(huì)進(jìn)入一片死寂的永恒狀態(tài)，最終“熱寂”而亡的結(jié)局，是把我們現(xiàn)在可觀測(cè)到的一部分宇宙范圍當(dāng)作整個(gè)宇宙的誤識(shí)。

根據(jù)天文觀測(cè)資料和物理理論描述宇宙的具體形態(tài)，星系的形態(tài)特征對(duì)研究宇宙結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，從星系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以推斷整個(gè)宇宙的結(jié)構(gòu)形態(tài)。而星系共有的圓形旋渦結(jié)構(gòu)就是整個(gè)宇宙的縮影，那些橢圓、棒旋等不同的星系形態(tài)只是因?yàn)樾窍的挲g和觀測(cè)角度不同而產(chǎn)生的視覺(jué)效果。

奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式。這種螺旋現(xiàn)象對(duì)于認(rèn)識(shí)宇宙形態(tài)有著重要的啟迪作用，大至旋渦星系，小至DNA分子，都是在這種螺旋線中產(chǎn)生。大自然并不認(rèn)可筆直的形式，自然界所有物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)都是曲線運(yùn)動(dòng)方式的圓環(huán)形狀。從原子、分子到星球、星系直到星系團(tuán)、超星系團(tuán)無(wú)一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一個(gè)大旋渦。因此，確立一個(gè)“螺旋運(yùn)動(dòng)形態(tài)宇宙模型”，比那種作為所有物質(zhì)總和的“宇宙”卻脫離曲線運(yùn)動(dòng)模式而獨(dú)辟蹊徑，以直線運(yùn)動(dòng)方式從一個(gè)中心向四面八方無(wú)限伸展的“大爆炸宇宙模型”，更能體現(xiàn)真實(shí)的宇宙結(jié)構(gòu)形
還有一點(diǎn),大爆炸是循環(huán)的,有科學(xué)家聲稱(chēng):宇宙現(xiàn)在的膨脹達(dá)到極點(diǎn)時(shí)將又發(fā)生一場(chǎng)大爆炸。如同黑洞的形成過(guò)程一樣，宇宙將變成一個(gè)高密度、小體積的球體?？s小到一定程度后，將再次發(fā)生大爆炸。根據(jù)能量守恒定律，宇宙的能量并沒(méi)有消亡。但是，卻沒(méi)有人能解釋?zhuān)蟊看窝h(huán)時(shí)間、空間、分子結(jié)構(gòu)等等，都是像上次一樣（幾百幾千億年以后，又有太陽(yáng)系，又有地球，又有中國(guó)，又有你），還是重新排列（光憑空可以彎曲）
宇宙起源的問(wèn)題有點(diǎn)像這個(gè)古老的問(wèn)題：是先有雞呢，還是先有蛋。換句話說(shuō)，就是何物創(chuàng)生宇宙，又是何物創(chuàng)生該物呢？也許宇宙，或者創(chuàng)生它的東西已經(jīng)存在了無(wú)限久的時(shí)間，并不需要被創(chuàng)生。直到不久之前，科學(xué)家們還一直試圖回避這樣的問(wèn)題，覺(jué)得它們與其說(shuō)是屬于科學(xué)，不如說(shuō)是屬于形而上學(xué)或宗教的問(wèn)題，然而，人們?cè)谶^(guò)去幾年發(fā)現(xiàn)，科學(xué)定律甚至在宇宙的開(kāi)端也是成立的。在那種情形下，宇宙可以是自足的，并由科學(xué)定律所完全確定。

關(guān)于宇宙是否并如何啟始的爭(zhēng)論貫穿了整個(gè)記載的歷史。基本上存在兩個(gè)思想學(xué)派。許多早期的傳統(tǒng)，以及猶太教、基督教和伊斯蘭教認(rèn)為宇宙是相當(dāng)近的過(guò)去創(chuàng)生的。(十七世紀(jì)時(shí)鄔謝爾主教算出宇宙誕生的日期是公元前4004年，這個(gè)數(shù)目是由把在舊約圣經(jīng)中人物的年齡加起來(lái)而得到的。)承認(rèn)人類(lèi)在文化和技術(shù)上的明顯進(jìn)化，是近代出現(xiàn)的支持上述思想的一個(gè)事實(shí)。我們記得那種業(yè)績(jī)的首創(chuàng)者或者這種技術(shù)的發(fā)展者?？梢匀绱诉@般地進(jìn)行論證，即我們不可能存在了那許久；因?yàn)榉駝t的話，我們應(yīng)比目前更加先進(jìn)才對(duì)。事實(shí)上，圣經(jīng)的創(chuàng)世日期和上次冰河期結(jié)束相差不多，而這似乎正是現(xiàn)代人類(lèi)首次出現(xiàn)的時(shí)候。

另一方面，還有諸如希臘哲學(xué)家亞里斯多德的一些人，他們不喜歡宇宙有個(gè)開(kāi)端的思想。他們覺(jué)得這意味著神意的干涉。他們寧愿相信宇宙已經(jīng)存在了并將繼續(xù)存在無(wú)限久。某種不朽的東西比某種必須被創(chuàng)生的東西更加完美。他們對(duì)上述有關(guān)人類(lèi)進(jìn)步的詰難的回答是：周期性洪水或者其他自然災(zāi)難重復(fù)地使人類(lèi)回到起始狀態(tài)。

兩種學(xué)派都認(rèn)為，宇宙在根本上隨時(shí)間不變。它要么以現(xiàn)在形式創(chuàng)生，要么以今天的樣子維持了無(wú)限久。這是一種自然的信念，由于人類(lèi)生命——整個(gè)有記載的歷史是如此之短暫，宇宙在此期間從未顯著地改變過(guò)。在一個(gè)穩(wěn)定不變的宇宙的框架中，它是否已經(jīng)存在了無(wú)限久或者是在有限久的過(guò)去誕生的問(wèn)題，實(shí)在是一種形而上學(xué)或宗教的問(wèn)題：任何一種理論都對(duì)此作解釋。1781年哲學(xué)家伊曼努爾·康德寫(xiě)了一部里程碑式的，也是非常模糊的著作《純粹理性批判》。他在這部著作中得出結(jié)論，存在同樣有效的論證分別用以支持宇宙有一個(gè)開(kāi)端或者宇宙沒(méi)有開(kāi)端的信仰。正如他的書(shū)名所提示的，他是簡(jiǎn)單地基于推理得出結(jié)論，換句話說(shuō)，就是根本不管宇宙的觀測(cè)。畢竟也是，在一個(gè)不變的宇宙中，有什么可供觀測(cè)的呢？

然而在十九世紀(jì)，證據(jù)開(kāi)始逐漸積累起來(lái)，它表明地球戲及宇宙拭其他部分事實(shí)上是隨時(shí)間而變化的。地學(xué)家們意識(shí)到巖石以及其中的化石的形成需要花費(fèi)幾億甚至幾十億年的時(shí)間。這比創(chuàng)生論者計(jì)算的地球年齡長(zhǎng)得太多了。由德國(guó)物理學(xué)家路德維?！て茽柶澛岢龅乃^熱力學(xué)第二定律還提供了進(jìn)一步的證據(jù)，宇宙中的無(wú)序度的總量(它是由稱(chēng)為熵的量所測(cè)量的)總是隨時(shí)間而增加，正如有關(guān)人類(lèi)進(jìn)步的論證，它暗示只能運(yùn)行了有限的時(shí)間，否則的話，它現(xiàn)在應(yīng)已退化到一種完全無(wú)序的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下萬(wàn)物都牌相同的溫度下。

穩(wěn)恒宇宙思想所遭遇到的另外困難是，根據(jù)牛頓的引力定律，宇宙中的每一顆恒星必須相互吸引。如果是這樣的話，它們?cè)趺茨芫S持相互間恒定距離，并且靜止地停在那里呢？

牛頓曉得這個(gè)問(wèn)題。在一封致當(dāng)時(shí)一位主要哲學(xué)家里查德·本特里的信中，他同意這樣的觀點(diǎn)，即有限的一群恒星不可能靜止不動(dòng)，它們?nèi)繒?huì)落某個(gè)中心點(diǎn)。然而，他論斷道，一個(gè)無(wú)限的恒星集合不會(huì)落到一起，由于不存在任何可供它們落去的中心點(diǎn)。這種論證是人們?cè)谡務(wù)摕o(wú)限系統(tǒng)時(shí)會(huì)遭遇到的陷阱的一個(gè)例子。用不同的方法將從宇宙的其余的無(wú)限數(shù)目的恒星作用到每顆恒星的力加起來(lái)，會(huì)對(duì)恒星是否維持恒常距離給出不同的答案。我們現(xiàn)在知道，其正確的步驟是考慮恒星的有限區(qū)域，然后加上在該區(qū)域之外大致均勻分布的更多恒星。恒星的有限區(qū)域會(huì)落到一起，而按照牛頓定律，在該區(qū)域外加上更多的恒星不能阻止其坍縮。這樣，一個(gè)恒星的無(wú)限集合不能處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)。如果它們?cè)谀骋粫r(shí)刻不在作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它們之間的吸引力會(huì)引起它們開(kāi)始朝相互方向落去。另一種情形是，它們可能正在相互離開(kāi)，而引力使這種退行速度降低。

宇宙起源之謎

根據(jù)目前的大爆炸學(xué)說(shuō)，宇宙開(kāi)始于一場(chǎng)大爆炸，在此之前，沒(méi)有時(shí)間，沒(méi)有空間，沒(méi)有能量，沒(méi)有物質(zhì)，這“四大皆空”中，有一個(gè)溫度無(wú)限高的點(diǎn)爆炸了，這個(gè)“點(diǎn)”不能用常規(guī)的理論來(lái)解釋?zhuān)驗(yàn)榍懊嬉呀?jīng)說(shuō)過(guò)了，沒(méi)有空間、時(shí)間、能量及物質(zhì)，在大爆炸之前的狀態(tài)就像黑洞，一切物質(zhì)理論均失效，沒(méi)有人能夠真正體會(huì)這樣一種狀態(tài)。在大爆炸那一瞬間，時(shí)間、空間、能量、物質(zhì)，同時(shí)產(chǎn)生，空間開(kāi)始不斷的膨脹，而物質(zhì)中，有正物質(zhì)和反物質(zhì)，它們開(kāi)始對(duì)撞并湮滅，而由于一個(gè)異乎尋常的原因，正物質(zhì)比反物質(zhì)多了那么“一點(diǎn)兒”，就是因?yàn)檫@么一點(diǎn)小小的差異，才有了我們的存在。這時(shí)的宇宙，就是一鍋“基本粒子粥”，隨著空間的膨脹，溫度開(kāi)始下降，電子捕獲過(guò)程開(kāi)始產(chǎn)生，原子開(kāi)始誕生。在溫度的進(jìn)一步下降中，在萬(wàn)有引力的作用下，第一代恒星開(kāi)始誕生，它們十分巨大，不是我們的太陽(yáng)能比的，由于巨大，核反應(yīng)速度很快，因此，它們的壽命都很短暫，在核反應(yīng)中，重物質(zhì)開(kāi)始產(chǎn)生，而這些超大質(zhì)量恒星在死亡的時(shí)候，通過(guò)“超新星爆發(fā)”將重元素拋到太空中，促進(jìn)新恒星的產(chǎn)生，而重元素，在新恒星的引力作用下，重元素開(kāi)始形成行星，大部份的第一代恒星，在超新星爆發(fā)都變成了黑洞，這些“恒星質(zhì)量”黑洞開(kāi)始吸引周?chē)奈镔|(zhì)，在“吸積盤(pán)”的作用下，星系開(kāi)始產(chǎn)生，無(wú)數(shù)這樣的小星系，在萬(wàn)有引力的作用下互相碰撞、吞食，超大質(zhì)量黑洞和大星系開(kāi)始產(chǎn)生。現(xiàn)在，空間還在膨脹著、星系還在相互吞食、不斷的有新的恒星產(chǎn)生，也不斷的有新的恒星死亡。我們，不過(guò)是生存在一個(gè)普通星系中的普通恒星旁邊的一顆普通行星上。

宇宙中第一代恒星的誕生

宇宙大爆炸過(guò)后50萬(wàn)年，熾熱的輻射漸漸平息下來(lái)，溫度慢慢下降，這時(shí)宇宙中物質(zhì)開(kāi)始占主導(dǎo)地位，中性原子不能被電離，引力開(kāi)始發(fā)揮作用。

從這時(shí)開(kāi)始，到第一顆恒星的形成，宇宙花費(fèi)了大約5000萬(wàn)到1億年的時(shí)間。

不同的區(qū)域開(kāi)始冷熱不均

中性原子最初形成時(shí)，標(biāo)志著光子停止從自由電子中散射出來(lái)，因?yàn)樽杂呻娮又挥性谠右缘入x子體的形式電離時(shí)才會(huì)出現(xiàn)；由于沒(méi)有任何東西可以散射，這時(shí)，空間中的光輻射以光速運(yùn)動(dòng)。

這些光輻射來(lái)自各個(gè)方向，幾乎是完全均勻的，基本都是2970.8 K，但是有些地方略高一點(diǎn)，達(dá)到約2971.0K，而有些地方略低一點(diǎn)，約為2970.6K。這些細(xì)微的差別，是導(dǎo)致恒星的產(chǎn)生和演化的重要因素。

宇宙中的第一顆恒星可能要在大爆炸后5000萬(wàn)到1億年之后才會(huì)形成。

實(shí)際上，這些光一開(kāi)始都是均勻的（都是完全相同的溫度），但是受到所處位置的影響，它們才略有不同。

有些區(qū)域的密度與整個(gè)宇宙的平均密度完全相同，但有的區(qū)域的密度略高或略低于平均密度。密度稍微低的區(qū)域，因?yàn)槠渲械奈镔|(zhì)較少，引力也較小。當(dāng)一個(gè)光子離開(kāi)該區(qū)域時(shí)，它要對(duì)抗的引力勢(shì)較小，失去的能量也較少，這個(gè)區(qū)域的光子會(huì)變得比平均溫度高；而密度稍微高的區(qū)域，其中的物質(zhì)也較多，因此有更多的引力來(lái)對(duì)抗，隨著光子爬升，它損失的能量超過(guò)平均水平，因此整體上變得更冷，或者說(shuō)能量更少。

接下來(lái)，這些密度稍微高的區(qū)域會(huì)在引力的作用下，吸引越來(lái)越多的物質(zhì)，直到形成恒星。

引力開(kāi)始聚集

在宇宙中，所有物體都在相互吸引，哪個(gè)物體的質(zhì)量最大，它就會(huì)優(yōu)先吸引周?chē)乃衅渌矬w。在不斷擴(kuò)展的宇宙中，密度較高的區(qū)域會(huì)吸引附近密度較低的區(qū)域中的任何物質(zhì)。

從這個(gè)意義上說(shuō)，引力是一種失控的力量，吸引的物質(zhì)越多，引力就越強(qiáng)，就越能成功地將更多的物質(zhì)帶入其中。

隨著宇宙的冷卻，引力開(kāi)始將物質(zhì)聚集成團(tuán)，并最終聚集在一起，隨著越來(lái)越多的物質(zhì)被吸引在一起，其生長(zhǎng)速度越來(lái)越快。

但是，值得注意的是，這時(shí)宇宙中并非只有物質(zhì)和引力，還有輻射（以光子的形式存在）。原子物質(zhì)和暗物質(zhì)在引力下吸引大質(zhì)量粒子的同時(shí)，也將輻射吸引到了密度較高的區(qū)域。

然而，輻射與物質(zhì)不同，它具有壓力。正因?yàn)橛辛溯椛鋲毫?，這些氣體云（聚集到一起的團(tuán)塊）才不會(huì)發(fā)生引力坍塌。

這種壓力也會(huì)控制物質(zhì)的生長(zhǎng)速度，即使在一個(gè)以物質(zhì)為主導(dǎo)的宇宙中，只要輻射仍然存在，物質(zhì)的密度就只能緩慢增加——幾百萬(wàn)年間，一直如此。

引力坍塌與核聚變

宇宙誕生300萬(wàn)年后，溫度從3000K降到800K，輻射最終冷卻到人眼看不見(jiàn)的程度。隨著輻射壓力的下降，物質(zhì)團(tuán)塊增長(zhǎng)速度逐漸增加，密度變得越來(lái)越大。

所有的物質(zhì)團(tuán)塊都遵循這么一個(gè)簡(jiǎn)單規(guī)律：當(dāng)宇宙溫度下降到原來(lái)的一半時(shí)，它就會(huì)快速增長(zhǎng)，并且密度變大；當(dāng)宇宙溫度下降達(dá)到某個(gè)臨界閾值（100K左右）時(shí)，它的增長(zhǎng)速度會(huì)迅猛增加，一旦成長(zhǎng)到其密度比平均密度大68％時(shí)，就開(kāi)始發(fā)生坍塌。

宇宙在均勻膨脹的同時(shí)，局部總有微小的密度起伏，這使得宇宙能夠隨著時(shí)間的推移形成恒星、星系和星系團(tuán)。在均勻背景之上添加局部密度的不均勻，是理解當(dāng)今宇宙是什么樣子的起點(diǎn)。

大爆炸后5000萬(wàn)年時(shí)，較為致密的團(tuán)塊都已過(guò)渡到迅猛增長(zhǎng)的階段，開(kāi)始以極快的速度收縮。最終，到達(dá)了可以坍塌的地步，形成了熾熱而龐大的物體，并點(diǎn)燃其核心的核聚變。

這些龐大的物體幾乎完全由氫和氦組成。除了少量的鋰（大約占宇宙中所有元素十億分之一），根本沒(méi)有更重的元素。當(dāng)引力坍塌發(fā)生時(shí)，能量被困在這些物體中，從而導(dǎo)致這些物體變熱。當(dāng)溫度超過(guò)約400萬(wàn)K的臨界閾值時(shí)，核聚變開(kāi)始了。

第一批恒星點(diǎn)亮宇宙

這種核聚變發(fā)生在所有密度較高的區(qū)域中，并且都是首次。

當(dāng)核聚變開(kāi)始時(shí)，繼續(xù)增加這些物體質(zhì)量的引力，突然被內(nèi)部輻射壓力抵消了。在亞原子水平上，質(zhì)子在連鎖反應(yīng)中發(fā)生聚變，形成氘，然后是氚或氦-3，然后是氦-4，每一過(guò)程都釋放能量。

隨著核心溫度的升高，釋放的能量也在增加，如此一來(lái)，會(huì)不斷抵消引力持續(xù)增加的質(zhì)量。

當(dāng)最初的這些氫-氦鏈反應(yīng)開(kāi)始發(fā)生時(shí)，一顆恒星就此誕生。

宇宙最初形成的這批恒星，就像現(xiàn)代恒星一樣，由于引力作用而迅速生長(zhǎng)。但是，與現(xiàn)代恒星不同，它們中沒(méi)有重元素，沒(méi)有重元素就很難輻射能量，所以不能迅速冷卻。因?yàn)樾枰鋮s才能坍塌，所以這意味著只有更大，更重的團(tuán)塊，才能形成恒星。

因此，我們?cè)谟钪嬖缙谛纬傻牡谝慌阈瞧骄|(zhì)量是太陽(yáng)的10倍，最大的恒星達(dá)到太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)千倍（相比之下，今天恒星的平均質(zhì)量?jī)H為太陽(yáng)的40％）。

第一批恒星發(fā)出的輻射的峰值與太陽(yáng)的不同。太陽(yáng)主要發(fā)出可見(jiàn)光，而這些恒星主要發(fā)出紫外光。紫外線光子是一種擁有更高能量的光子，不僅可以曬傷人體，還會(huì)使物質(zhì)發(fā)生電離——它們有足夠的能量將電子從遇到的原子中撞出來(lái)。

再電離與行星盤(pán)

由于宇宙大部分的物質(zhì)是由中性原子組成的，當(dāng)?shù)谝慌阈菑倪@些塊狀氣體云中出現(xiàn)時(shí)，光（紫外光）所做的第一件事就是撞向它們周?chē)闹行栽?，并將這些原子電離：分裂為原子核和自由電子。

這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為“再電離”，因?yàn)檫@是宇宙 歷史 上原子第二次被電離（第一次是在中性原子初次形成前）。

但是，由于大多數(shù)恒星要花很長(zhǎng)時(shí)間才能形成，所以還沒(méi)有足夠的紫外線光子來(lái)電離宇宙中大部分的物質(zhì)。

宇宙最初形成的這批恒星中沒(méi)有重元素，沒(méi)有重元素就很難輻射能量，所以不能迅速冷卻。

在數(shù)億年的時(shí)間里，中性原子牢牢控制住再電離的原子。最初的恒星發(fā)出的光走不了多遠(yuǎn)，就會(huì)被遍布整個(gè)宇宙空間的中性原子吸收，這些原子吸收后被電離，這些電離的物質(zhì)中的一些會(huì)再次變?yōu)橹行栽?，并發(fā)出光。

第一批恒星的電離作用和強(qiáng)烈的輻射壓力，迫使其它恒星的形成在剛開(kāi)始后不久就停止；大多數(shù)形成恒星的氣體云被吹散，并被這種輻射蒸發(fā)掉（被電離了）。這些氣體云中剩下的的物質(zhì)塌陷到原行星盤(pán)中，但是沒(méi)有任何重元素，只能形成彌散的巨型行星——像今天我們看到的那樣。第一批形成的恒星也不可能有行星依附其上，因?yàn)檩椛鋲毫?huì)將行星摧毀。

持續(xù)形成的恒星

大爆炸后5000萬(wàn)至1億年，宇宙已經(jīng)完全打破了均勻，在宇宙引力作用下形成巨大的宇宙網(wǎng)。

最初密度較大的區(qū)域不斷擴(kuò)大，隨著時(shí)間的推移，這些區(qū)域吸引了越來(lái)越多的物質(zhì)。與此同時(shí)，那些密度低于平均密度的區(qū)域開(kāi)始無(wú)法留住位于其中的物質(zhì)，從而將它們給了密度更高的區(qū)域。

結(jié)果是，密度較大的區(qū)域最先形成恒星，中等密度的區(qū)域可能需要五億年，密度稍低的區(qū)域可能需要十幾億年，而密度最低的區(qū)域最終也會(huì)形成恒星，不過(guò)那是在幾十億年之后了。

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