为什么世界是有规律地而不是无序的从宇宙大

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为什么世界是有规律的而不是无序的?探究一个事物我们不得不从它的本质出发,那就要回到宇宙的起源宇宙大爆炸。宇宙本是一个密度无限大,体积无限小,温度无限高的点的“奇点”,亿年前奇点迅速膨胀,宇宙大爆炸开始了!这最初几分钟所发生的宇宙事件,远远超过了之后亿年的所有事件总和,同时也决定了宇宙的发展方向和一切自然物理规则,正如婴儿出生时基因决定了他日后的大部分信息一样。

一切的一切开始于10^-43秒(10的负43次方秒,也称为普朗克时间,人类已知的最短的时间,任何短于普朗克时间的长度都没有实际意义)。在普朗克时间,十维度宇宙迅速分裂成一个六维度宇宙和一个四维度宇宙,六维度宇宙迅速崩溃,而四维度宇宙(也就是我们的宇宙)则迅速膨胀,温度高达10^32度。10^-35秒,大统一作用力崩解成四种宇宙基本作用力。10^-3秒,夸克开始凝聚在一起,宇宙质子中子出现了,但温度仍然高达10^14度。3分钟,质子与中子开始凝聚,形成原子核。30万年,原子形成。50亿年,第一个星系出现。就是所谓的宇宙创世时间表。如今它在众多科学领域已经形成了共识,并被事实部分验证。

下面让我们再从化学的视角分析一下元素的形成过程。宇宙大爆炸之初,只有构成质子和中子的胶子,夸克,中微子等基本粒子,随着宇宙的膨胀,温度的降低,形成了质子和中子,还有自由电子,但这时候还是没有元素的形成,因为这时宇宙的温度还是太高,这些粒子还是以等离子态存在,有人形象的称这时候的宇宙为“粒子汤”,随着宇宙的近一步膨胀,温度的近一步降低,质子捕获了自由电子形成了氢(1H),两个质子和两个中子结合成了氦核,同时捕获自由电子形成了氦,此时所有中子数和质子数比例为12:88,因此,所有的中子都结合成了氦,因此宇宙中氦的丰度(比例)为24%,这一理论结果与天文观测非常一致,有力的支持了大爆炸理论。

此时宇宙中基本上只有氢和氦的存在(因为合成其他元素的半衰期都太短,同时都衰变为氢和氦),随着宇宙的膨胀,氢和氦以星云的方式存在。这些由氢和氦构成的星云,逐渐由引力的作用,汇集到了一起,大约40亿年后,孕育出了第一代恒星。随着恒星质量的加大,形成了高温高压的环境,正如我们的太阳内部一样,剧烈的核聚变反应发生了。随着恒星的剧烈燃烧和坍塌,其内部的压力和温度都进一步增加,更重的核可以结合到一起,逐步合成其他重的元素。大质量恒星的元素合成是逐级结构进行的,一级又一级,首先是氢燃烧,当恒星内部的压力和温度达到一定的程度时候,这时候质子(氢核)和中子合成了氦核,最后氢都转换为了氦,随着恒星进一步燃烧和坍塌,其内部的压力和温度都进一步加大,首先是氦燃烧发生了,其中一个关键的反应由3个氦核聚变成了碳核,(4He+4He+4He--12C),这个反应架起合成其他元素的桥梁,随着碳元素的合成,又合成了碳,氮,氧等元素。随后,随着恒星进一步收缩,内部的温度和压力进一步加大,碳氧燃烧开始了,合成了从氖到硫等更重的元素。如此一级又一级,最后是硅燃烧,逐渐合成更重的元素如铁和镍。通过现代天文学研究,我们了解到当恒星的质量在一定的范围内,随着恒星的燃烧和坍塌,会以超新星爆炸的方式把物质抛射出来,这些抛射出来的物质,通过引力的作用,逐渐形成了行星和彗星,我们的地球就是这样一颗行星。在这个意义上,我们身上的每个细胞都来自于超新星的爆发,也可以认为生命的构成基础是超新星的爆发。在早期的元素周期表中,从原子序号1(氢)到92(铀元素),共有92种元素,其中有四种元素自然界中不存在,他们是43,61,85,87号元素,分别为锝、钷、砹、钫。但随着现在加速器技术的发展,使得人工合成元素成为了可能,现在人们通过人工合成的方法,可以得到这四种元素,其中元素“锝”被称为放射性奶牛,已被广泛的用于现代放射性科学和医学中。现代的元素周期表中,已经拥有了个成员,而且每年还有新的元素被合成。但在这些人工合成的元素中,由于随着原子序数的增大,原子核变得越来越不稳定,元素的生命也越来越短,并很快衰变为其他元素。这些元素通过各种化学反应和物理作用,构成了这个五彩缤纷的世界。世界看起来如此复杂,但回到宇宙的起源,我们会发现世界其实是如此的简单。而这就是世界有规律的根本原因。




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