我们现在所见的宇宙是如何形成的？

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宇宙是如何从婴儿时期走到现在的？

图中所示区域是0.2%的开普勒全视野，显示了天琴座中的数百颗恒星。（图源：美国国家航空航天局／美国能源部Ames实验室／加州理工喷气推进实验室）

既然宇宙空间大多是真空的，那么为什么不是所有的物质都能均匀地分散在其中呢？

简而言之：与电磁力相比，重力是一种远距离的力，并且它总是有吸引力。

更详细的答案（更像是一个故事）如下：

宇宙曾如你所述：物质“均匀地分散在其中”（在术语中，我们称其为“同质的”），我们能看到它。这是宇宙在婴儿时期的图像，仅在大爆炸后38万年（我们现在距大爆炸有138亿年）：

138亿年前宇宙大爆炸宇宙形成。图源：搜狐

这是宇宙微波背景（CMB），这些波动仅是大约其中十万分之一。

在提出宇宙大爆炸模型之前，就已经预测到宇宙微波背景。图源：新浪

很同质，对吧？中间的白色部分是我们银河系的放射源，你可以忽略它们。

到底发生了什么？宇宙是怎样变成我们现在观测到的结构的？

早期宇宙的温度很高，物质都被电离了。光子不能自由移动，因为它们很快就会被自由电子散射（光子在被散射前平均只能移动一个纳米的一小部分）。这意味着早期的宇宙是不透光的，有点类似于当飞机飞入云层中时，即使你周围有光线，你也看不到太多东西。因而，我们也看不到比上图更早的宇宙照片。这也意味着物质和辐射是耦合的。辐射会对物质施加压力。当物质分布中的超密度以引力吸引物质并开始增长时，辐射压力将以相反的方向作用，超密度将开始在最小值和最大值之间振荡。结构无法形成，宇宙仍然相当同质。

当宇宙膨胀时，它冷却到原子形成的速度快于它们被辐射破坏的速度（当时辐射大约为3,000开）。这被称为重组时代（这个名字很容易让人误解，其实这个时代与“重”没有什么关系，只是天文学家没有找到更合适的命名方式罢了）。当原子形成并捕获电子时，光子就可以毫无阻碍地自由移动了，于是宇宙就形成了138亿年后我们所看到的样子。

艺术家的想象：巨大的宇宙结构如何使光子在宇宙微波背景(CMB)中偏转。图源：快报

这意味着在重组后不久，物质中的超密度（我们称之为“密度扰动”）可以通过引力吸引物质而增长。随着超密度的增加，它们的引力作用也随之增加，而且增长得越来越快。当然，物质也有一个压力，这有助于抵消重力，防止所有物质的失控引力坍缩。但在预重组时代，它仍然不如辐射压力有效。所以结构从下到上逐渐形成（见“层次结构的形成”），产生我们现在看到的现代宇宙星系和星系团。

宇宙尺度的形成过程与“结构形成”是非常相似的，只不过是在一个更小的尺度范围上，即从星系内分子云中形成恒星（最终形成行星）。在这个过程中，最关键的是新坍缩的核心冷却得足够快，只有这样，坍塌才能在分子云典型生命周期中（大约1,000-2,000万年）一直持续直到恒星形成。

我本该就此打住，但我实在不想遗漏一个非常重要的部分：暗物质。

宇宙新模型:探索神秘暗物质和万有引力?图源：百度知道

如果你运行一个只有正常（重子）的物质和辐射的宇宙模拟，从类似于我们在宇宙微波背景（CMB）中观察到的初始条件开始，让它运行138亿年（当然这是模拟的时间，这种类型的模拟实际上被广泛应用于当前的宇宙学研究），结构会形成，但它看起来与我们当前的宇宙完全不同。

从80年代开始出现的观点是暗物质在层次结构形成中起了重要作用（最近的宇宙微波背景观测任务，如“威尔金森微波各向异性探测器”和“普朗克”也证实了这一点）。暗物质从辐射中解耦的时间比重子物质早得多，因此它的坍缩也开始得更早。然后它形成了我们所称的宇宙网，在节点处有丝状物和片状物相交，为星系团的形成作了铺垫。

美国“威尔金森微波各向异性探测器”。图源：百度

2009年发射入轨的欧洲空间局普朗克空间天文台。图源：化石网

只有在宇宙模拟中加入这一点，我们才能（统计上）重现现代宇宙中所观察到的星系特征。

作者: quora

FY: LindaF

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原文地址：今日头条