宇宙是如何形成的？

“正?！钡臇|西是可選擇的。

想要嘗試解開宇宙中最大的謎團嗎?讓我們從探索宇宙學的基礎(chǔ)開始，從而研究我們整個宇宙。是的，這是一份真實的工作——當然，你也能理解它。

如果你想“烘焙”一個宇宙，你需要兩種必要的材料和一種可選擇的原料。為了得到我們了解的宇宙，你需要大概25%的暗物質(zhì)和70%的暗能量。暗物質(zhì)是一種完全看不見的物質(zhì);無論它是什么，都不會和光相互作用。我們不知道暗物質(zhì)到底是由什么組成的，但我們知道它存在于那里，并且通過它的引力機制與其他一切事物發(fā)生相互作用。

天文學家通過暗物質(zhì)對其他物體的引力間接繪制出暗物質(zhì)的地圖。(圖片來源:美國國家航天局、歐洲航天局、D. Coe (美國國家航天局噴氣推進實驗室/加州理工學院和太空望遠鏡科學研究所，CC BY)

除了暗物質(zhì)，你還需要許多更神秘的暗能量。暗能量是我們賦予所觀察到的宇宙加速膨脹的名稱——也就是說，宇宙每天都在以更快的速度變大。我們懷疑暗能量與時空本身的真空有關(guān)。換句話說，如果你有一個空盒子，沒有所有的物質(zhì)和輻射，你實際上有一個充滿暗能量的盒子。但除了這些微不足道的懷疑，我們被難住了。

基本上就是這樣:只要有足夠的暗物質(zhì)和暗能量，你就可以占據(jù)宇宙歷史中所有物質(zhì)的95%。那么，可選的成分是什么呢？這就是所有的正常物質(zhì)——宇宙學家稱之為“重子”的物質(zhì)——像質(zhì)子和中子。它是組成所有原子和分子、人類和行星、恒星和星系的物質(zhì)。宇宙中所有可見的物質(zhì)都不重要。但它確實會在夜空中產(chǎn)生漂亮的光，所以這是一個不錯的獎賞。

暗網(wǎng)

這就是現(xiàn)在的宇宙:少量的正常物質(zhì)，大量的暗物質(zhì)和暗能量。暗能量忙于將宇宙撕裂，但除此之外沒有真正參與到日常的宇宙生活中。

暗物質(zhì)聚集在一起形成一個巨大的、復雜的、像網(wǎng)一樣的圖案——被稱為“宇宙網(wǎng)”。有直徑超過100萬光年的巨大的暗物質(zhì)球。暗物質(zhì)的長繩或細絲在這些球之間伸展。有一些令人難以置信的荒漠地帶——宇宙的虛空——里面幾乎什么都沒有。但除了提供宇宙結(jié)構(gòu)的支柱作用外，暗物質(zhì)并沒有做其他任何事情。畢竟，它是黑暗的——不能與光相互作用——所以它只是停在那里。

少量正常物質(zhì)被困在那張暗物質(zhì)組成的網(wǎng)中。小團的暗物質(zhì)，被稱為光環(huán)，承載一個單獨的星系。而巨大的暗物質(zhì)球承載著多個星系——我們稱之為星系團。這些細絲是穿越數(shù)光年的星系鏈的家園。

宇宙網(wǎng)是自然界中發(fā)現(xiàn)的最大的單一模式，充滿了整個可觀測宇宙(其實可能還有一些，當然，我們看不到更多了)。你可能會問，可觀測宇宙到底有多大？目前的估計，它的直徑約為900億光年，盡管宇宙的真實大小可能要比這宏大得多。

背后的故事

那么現(xiàn)在的宇宙是如何變成現(xiàn)在的宇宙的呢?我們是如何得出所有的暗物質(zhì)是分布在一個巨大的宇宙網(wǎng)中的呢？一百年前，我們有一個重大發(fā)現(xiàn)，在那之前我們還不知道所有的暗物質(zhì)在發(fā)生：即宇宙正在膨脹。

每天，星系之間的距離都在變得越來越遠（平均而言，偶爾發(fā)生星系崩潰是完全有可能的）這意味著宇宙和過去完全不同，在遠古時期更是大不相同。宇宙學家可以追溯到宇宙中的一切都被壓縮成一個非常小、不太安分的點的時候:137.7億年前，整個可觀測宇宙只有桃子那么大，它的溫度卻超過了一千萬億度。多么了不起的說法!我們怎么可能從地球上了解宇宙中如此強大的東西呢？我們可以這么說因為我們有證據(jù)證明它。

例如，我們知道，如果過去的宇宙很小，現(xiàn)在卻如此之大，那么過去的宇宙一定要熱得多(因為所有和現(xiàn)在相同的物質(zhì)都擠在一個更小的體積里)。在宇宙歷史的某個發(fā)展階段，整個宇宙一定是個等離子體，微小的電子從它們的原子家園中被釋放出來。但在某個臨界點，宇宙必須變得足夠大、足夠冷，才能形成第一個原子，在這個過程中釋放出大量的白熱輻射。這種輻射直到今天依然存在，它讓宇宙置身于一種強度小得多的微波輻射中。

我們可以用微波望遠鏡看到微波輻射，截至目前，它仍是宇宙唯一的最大的光源。它是大爆炸(我們給這個過去的小宇宙模型起的名字)的遺跡，就在空中，日復一日，夜復一夜。

沒錯，釋放那些輻射與正常物質(zhì)有關(guān)。所以，盡管正常物質(zhì)只是宇宙中非常小的一部分，但它仍然非常重要。

BY:Paul Sutter

FY: Hope Sun

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