问答题"宇宙大爆炸理论"是现代宇宙学中最著名、也是影响最大的一种学说,它是到目前为止关于宇宙起源最科学的一种解释。大爆炸理论的主要观点是认为整个宇宙最初聚集在一个"原始原子"中,然后突然发生大爆炸,使物质密度和整体温度发生极大的变化,宇宙从密到稀、从热到冷、不断膨胀,形成了我们的宇宙。最初那次无与伦比的爆发就被称为大爆炸,这一关于宇宙起源的理论则被称为宇宙大爆炸理论。
宇宙大爆炸的设想最早由比利时天文学家勒梅特在1932年提出的。到20世纪40年代,美籍俄国天体物理学家伽莫夫提出了热大爆炸宇宙学模型,并计算出爆炸之初的温度、温度下降的快慢等,论述了演化过程。大爆炸理论在诞生之初由于缺少证据并不使人信服,但到20世纪60年代以后,越来越多的证据表明大爆炸模型在科学上有强大的说服力,特别是英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金对于宇宙起源后最初的宇宙演化图景作了清晰的阐释。
根据大爆炸宇宙学模型的观点,宇宙150亿年的演化过程分为三个阶段。大爆炸的整个过程大致是这样的:
大约150亿年前,宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大。突然,这个体积无限小的点在四大皆空的"无"中爆炸了,时空从这一刻开始,物质和能量也由此产生,这就是宇宙创生的大爆炸。人们将大爆炸的瞬间定作宇宙年龄"零"时。
第一个阶段是宇宙的极早期。宇宙处在这个阶段的时间特别短,短到以秒来计,称为"太初第一秒"。刚刚诞生的宇宙是极其炽热、致密的,随着宇宙迅速膨胀,温度急速下降。宇宙年龄为百分之一秒时,温度降到1000亿摄氏度;宇宙年龄为1秒时,温度继续下降,但仍高达100亿摄氏度以上,宇宙处于一种极高温、高密的状态,当时除氢核--质子外,没有任何别的化学元素,只有由质子、中子、电子、光子等基本粒子混合而成,成为热平衡状态下的"宇宙汤"。
第二个阶段是化学元素形成阶段,大约经历了数千年。在"宇宙汤"中,原先只有中子和质子等基本粒子,在3分钟时中子和质子之比为1:6。随着整个宇宙体系不断膨胀,温度很快下降。当温度降到10亿度左右时,中子开始失去自由存在的条件,化学元素从这一时期开始形成。中子和质子开始核聚变过程,所有的中子迅速合成到由两个质子和两个中子构成的氦核中,余下的质子就成了氢原子核。这一时期还合成了其它轻元素,如氘、氚、锂、铍、硼等,数量较少。各种轻元素的丰度--即与氢的比例在宇宙各处都是一定的。当温度进一步下降到100万摄氏度时,早期形成化学元素的过程就结束了。此时宇宙间的物质主要是这些比较轻的原子核和质子、电子、光子等,光辐射很强,但是没有星体存在。
第三个阶段是宇宙形成的主体阶段。这个阶段的时间最长,至今我们仍生活在这一阶段中。这一阶段起始于温度降到几千摄氏度时,此时上述各种原子核开始与电子结合为中性原子,这一过程称为复合。由于温度的降低,辐射也逐步减弱,宇宙间主要是气态物质,这些物质的微粒相互吸引、融合,形成越来越大的团块。又过了几十亿年,中性原子在引力作用下逐渐聚集,先后形成了各级天体。气体逐渐凝聚成星云,并逐渐演化成星系、恒星和行星,再进一步形成各种各样的恒星体系,成为我们今天所看到的五彩缤纷的星空世界。在个别天体上还出现了生命现象,人类也终于在地球上诞生了。生命现象出现在宇宙形成的哪个阶段?这个阶段的主要特征是什么?
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