大爆炸理论概述:大爆炸后10-43秒(普朗克时间):约10^32度,宇宙从量子涨落背景出现,这个阶段称为普朗克时间。在此之前,宇宙的密度可能超过每立方厘米10^94克,超过质子密度10^78倍,物理学上所有的力都是一种。理论上存在某种临界密度。如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度,宇宙就会一直膨胀下去,称为开宇宙;要是物质的平均密度大于临界密度,膨胀过程迟早会停下来,并随之出现收缩,称为闭宇宙。问题似乎变得很简单,但实则不然。理论计算得出的临界密度为5×10^-30g/cm^3。但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了。星系间存在广袤的星系间空间,如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间,那么,平均密度就只有2×10^-31g/cm^3,远远低于上述临界密度。也就说现在宇宙的平均密度约每立方厘米10-31克(相关数据来自百度百科)。
现代宇宙理论认为,大爆炸形成宇宙开始时是超光速的,那么宇宙开始膨胀时的速度是多少呢?是否真的超光速呢?我们根据大爆炸理论推算一下大爆炸后10-43秒宇宙的膨胀速度。由于宇宙的质量不变,宇宙的密度和体积成反比。大爆炸后10-43秒的宇宙半径和现在宇宙半径之比,应该等于宇宙大爆炸后10-43秒和现在宇宙的密度之比(1094:10-31=10^125)的反比开三次方。那么现在宇宙半径和宇宙大爆炸后10-43秒半径之比是:10的125次方开三次方,约等于4.65×1041。卫星是自转的、恒星是自转的、星系也是自转的,由此我们应用科学归纳法可以推测宇宙也是旋转的,也就是说,我们的宇宙是在旋转中膨胀的。宇宙大爆炸后10-43秒到宇宙的今天,宇宙的总质量不变,宇宙膨胀也必然遵循角动量守恒定律,M1V1R1=M2V2R2,其中M1、V1、R1,分别代表宇宙大爆炸后10-43秒的质量、旋转速度、半径,M2、V2、R2分别代表宇宙现在的质量、旋转速度、半径。由于M1=M2所以宇宙的角动量守恒定律可以简化为:V1R1=V2R2,变形为:V1/V2=R2/R1=4.65×1041。根据爱因斯坦相对论,我们知道宇宙不存在超光速物质,我们假设现在宇宙的边缘旋转速度是光速(按照现在理论应该是小于光速的),即V2按光速计算,那么V1=4.65×1041×V2=4.65×1041×3×108=1.4×1050,即宇宙大爆炸后10-43秒宇宙的旋转速度不小于每秒1.4×1050米。说明宇宙开始膨胀的速度的确是超光速的(大爆炸前10-43秒宇宙的膨胀速度比每秒1.4×1050米还要大),并且是远远超光速的。
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