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第221章 星轨之问（第4页）

“光。”

费政老师点头，“但这是时空本身的膨胀，不违反相对论。暴胀理论预言宇宙应该是平坦的，而且背景辐射应该几乎各向同性——这两点后来都被观测证实了。”

他继续向右移动粉笔。

“暴胀结束后，宇宙继续膨胀冷却。大约在大爆炸后3分钟，宇宙温度降到约1o亿开尔文，氘核得以稳定存在，并迅引一系列核聚变，合成了氦-4、氦-3和少量锂-7。”

费政老师看向王梅，“这个过程被称为‘大爆炸核合成’，它产生了宇宙中原初的轻元素。理论预测的丰度，与今天我们观测到的宇宙中轻元素的丰度高度吻合。这是大爆炸理论的第一个关键证据。”

“第二个证据呢？”

晓晓轻声问。

“宇宙微波背景辐射。”

费政老师说，粉笔停在时间轴上一个位置，“大约3o万年后，温度降到约3ooo开尔文，电子和原子核结合成中性原子，光子开始自由传播。1965年，彭齐亚斯和威尔逊偶然现了这种均匀的微波辐射——温度2。7开尔文，遍布整个天空。这是大爆炸的‘余晖’。”

他在黑板上写下“cmb:2。7k”

。

“1992年，”

费政老师的声音提高了一些，“cobe卫星次精确测量了它的黑体谱，并现了微小的各向异性——十万分之一的温度起伏。这些起伏，正是后来星系、恒星、行星形成的‘种子’。”

张明举手：“老师，那这些起伏是怎么变成星系的？”

“通过引力。”

费政老师说，“密度稍高的区域引力更强，会吸引更多物质，就像滚雪球。经过几十亿年，这些微小的涨落逐渐放大，形成了我们今天看到的宇宙大尺度结构——星系、星系团、星系团。”

他停下来，看着黑板上的时间轴：“所以，宇宙起源于一次炽热致密的大爆炸，经历了暴胀，逐渐冷却，形成了原子、星系、恒星、行星，并且至今仍在膨胀。”

周博追问：“那宇宙会一直膨胀下去吗？”

费政老师顿了顿，表情变得微妙。

“这个问题，”

他说，“在1996年的今天，还没有定论。”

他在时间轴的右端画了三个分支：一个向上弯曲，一个向下弯曲，一个直线延伸。

“宇宙的未来取决于它的总质量和能量密度。”

费政老师解释，“如果密度过临界密度，引力最终会战胜膨胀，宇宙将停止膨胀并开始收缩，最终可能坍缩回一个奇点——这叫‘大挤压’。”

“如果密度低于临界密度呢？”

肖恩问。

“那么宇宙将永远膨胀下去。”

费政老师说，“星系之间的距离会越来越远，恒星会燃烧殆尽，宇宙会变得越来越冷、越来越暗，最终进入‘热寂’状态。”

“那如果密度正好等于临界密度呢？”

朱娜认真地记着笔记。

“那么宇宙将处于‘临界’状态。”

费政老师画了一条水平的虚线，“膨胀度会逐渐趋近于零，但永远不会反转。这样的宇宙是‘平坦’的。”

他停下来，看着我们：“而cobe的观测数据暗示——宇宙很可能就是平坦的。”

王强皱着眉头，挠了挠他那头乱：“可是老师，我们算过啊，能看见的星星、星系，加上气体、尘埃，顶多占临界密度的5%左右。就算加上暗物质——您刚才提到过暗物质——也还差得远啊。”