大爆炸释放的能量怎么可能隐藏在原子中呢?

时间:2021-09-20 09:59:36   作者:
它并不是真的隐藏在原子中而是就在眼前。原子有质量,质量就是能量。首先,让我们弄清楚一些事情:宇宙的大部分不是由原子组成的。68%是暗能量——不管它是什么,肯定不是原子。27%是暗物质——其中一些是原子(褐矮星、流浪行星、密集的尘埃袋),但绝大多数,不管它是什么,都不是。一点点就是辐射。最后5%是普通物质,大部分是原子。

所以,我们说的是5-6%的宇宙质量-能量储存在原子中不管怎样,在这5-6%的能量中,大部分是以结合能的形式储存起来的,结合能将每个质子或中子结合在一起。这就是所有能量的归宿。大多数情况下,它已经存在了138亿年。当宇宙冷却时,一些能量首先以夸克和电子等基本粒子的形式储存起来。然后夸克凝聚成质子和中子——这是最大的问题,因为它们99%以上的能量都来自于强制力。在聚变成氦、锂和其他氢同位素时,会损失一些能量。最终,原子核能够俘获电子,这就是原子。大约37.9万年后,这一切都结束了。

在接下来的138亿年里,有很多东西在周围移动——一些能量从原子质量转化为引力能,通过聚变(太阳和其他恒星就是这样发光的)释放出来,在黑洞中转化为非原子物质;通过超新星短暂的超重聚变,它又被转换回了原子质量。但大多数情况下,储存在原子中的能量仍然是在最初几微秒内形成质子和中子的结合能。每一个大概只有10^-24克,但是有很多,所以加起来。与此同时,随着宇宙的膨胀,一些非原子能已经消失。138亿年前,高能量光子的海洋温度过高,甚至无法形成原子,而现在,它变成了宇宙微波背景辐射,温度如此之低,直到半个世纪前,我们甚至无法探测到它。所以现在,原子储存了几乎所有的能量,而不是暗能量和非重子暗物质。

如果你好奇在质子中以结合能的形式储存能量是什么样子的,嗯,这很复杂。夸克不断地相互跳舞以保持颜色的平衡。传统的通俗科学观点认为它们是由胶子/弹性胶子链连接起来的,有点像光子:

大爆炸释放的能量怎么可能隐藏在原子中呢

但这简单得令人误解。对于电子,只有电子动能,加上电磁的光子能量。对于夸克来说,只有夸克动能,加上夸克之间色力的胶子能量,加上胶子之间色力的胶子能量(这使得整体力随着距离的增加而增强而不是减弱),加上新的夸克-反夸克对,它们经常成对产生,因为能量密度如此之高,它们的动能和胶子。甚至动能也更复杂,因为它通常足够快,你不能忽视相对论。最糟糕的是,从数学上讲,这些相互作用是不能单独计算的;它们都融合成一个大混乱,你最多只能在超级计算机上以不同的方式进行模拟。

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大爆炸能量的5-6%是如何储存在原子里的,每次10^-24克。假设宇宙学家对暗能量和暗物质的认识并不是完全错误的,而且这些影响确实是由类似能量和物质的东西造成的。如果暗物质效应主要是由非张量分量的引力引起的,那么实际上根本就没有那么多暗物质,而且很可能大部分都是原子的。
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