宇宙第一集宇宙的起源和命运

　　时空在大爆炸奇点处开始，并会在大挤压奇点处（如果整个宇宙坍缩的话）或在黑洞中的一个奇点处（如果一个局部区域，譬如恒星坍缩的话）结束。
　　任何抛进黑洞的东西都会在奇点处被毁灭，在外面继续被感觉得到的只有它质量的引力效应。另一方面，当计人量子效应时，物体的质量和能量会最终回到宇宙的其余部分，黑洞和在它当中的任何奇点一道被蒸发掉并最终消失。量子力学对大爆炸和大挤压奇点也能有同等戏剧性的效应吗？在宇宙的极早或极晚期，当引力场如此之强，以至于量子效应不能不考虑时，究竟会发生什么？宇宙究竟是否有一个开端或终结？如果有的话，它们是什么样子的？
　　一图看懂宇宙大爆炸
　　宇宙的起源和命运，按照热大爆炸模型来理解为大家所接受的宇宙历史。它是假定从早到大爆炸时刻起宇宙就可用弗利德曼模型来描述。在此模型中，人们发现当宇宙膨胀时，其中的任何物体或辐射都变得更凉（当宇宙的尺度大到2倍，它的温度就降低到一半）。由于温度即是粒子的平均能量或速度的测度，宇宙的变凉对于其中的物质就会有较大的效应。
　　热大爆炸模型
　　在非常高的温度下，粒子能够运动得如此之快，以至于逃脱任何由核力或电磁力将它们吸引在一起作用。但是可以预料，当它们变冷下来时，互相吸引的粒子开始结块。更有其者，连存于宇宙中的粒子的种类也依赖于温度，在足够高的温度下，粒子的能量是如此之高，只要它们碰撞就会产生很多不同的粒子、粒子对。并且，虽然其中一些粒子打到反粒子上去时会湮灭，但是它们产生比湮灭来得更快。然而，在更低的温度下，碰撞粒子具有较小的能量，粒子反粒子对产生得不快，而湮灭则变得比产生更快。
　　就在大爆炸时，宇宙体积被认为是零，所以是无限热。但是；辐射的温度随着宇宙的膨胀而降低。大爆炸后的1秒钟，温度降低到约为100亿度，这大约是太阳中心温度的1000倍，亦即氢弹爆炸达到的温度。此刻宇宙主要包含光子、电子和中微子（极轻的粒子，它只受弱力和引力的作用）和它们的反粒子，还有一些质子和中子。
　　奇点大爆炸100s内模拟图
　　随着宇宙的继续膨胀，温度继续降低，电子反电子对在碰撞中的产生率就落到它们湮灭率之下。这样只剩下很少的电子，而大部分电子和反电子相互湮灭，产生出更多的光子。然而，中微子和反中微子并没有互相湮灭掉，因为这些粒子和它们自己以及其他粒子的作用非常微弱，所以直到今天它们应该仍然存在。如果我们能观测到它们，就会为非常热的早期宇宙阶段的图像提供一个很好的证据。可惜现今它们的能量太低了，以至于我们不能直接观察到。然而，如果中微子不是零质量，正如近来某些实验所暗示的，自身具有小的质量，我们则可能间接地探测到它们。正如前面提到的那样，它们可以是暗物质的一种形式，具有足够的引力吸引去遏止宇宙的膨胀，并使之重新坍缩。
　　科学家想象中的宇宙大爆炸
　　在大爆炸后的大约100秒，温度降到了10亿度，也即最热的恒星内部的温度。在此温度下，质子和中子不再有足够的能量逃脱强核力的吸引，所以开始结合产生氘（重氢）的原子核。氘核包含一个质子和一个中子。然后，氘核和更多的质子、中子相结合形成氦核，它包含两个质子和两个中子，还产生了少量的两种更重的元素锂和铍。可以计算出，在热大爆炸模型中大约14的质子和中子变成了氦核，还有少量的氢和其他元素。所余下的中子会衰变成质子，这正是通常氢原子的核。
　　大爆炸理论图片