宇宙中哪来那么多物质，形成了无数的星星？

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很多朋友心中一定会有这个疑问，宇宙中那么多天体，需要多少物质来形成它们，而且宇宙的各个角落还正有无数的天体正在形成！当然这个问题有一个标准答案：宇宙大爆炸诞生物质，这些物质形成了恒星，恒星的各个阶段中形成的物质再次形成了行星........

但有个问题一直无法解决，宇宙大爆炸产生了物质，那么宇宙中的物质是无中生有吗？

宇宙大爆炸理论的由来

爱因斯坦在1905年时候发表了狭义相对论，跟着第二天发表了质能等价方程，对于宇宙中物质的来历这个问题，质能等价方程是最有用的，因为爱因斯坦认为，物质的质量和能量是完全等价的，但如何将质能等价方程和宇宙诞生物质看起来风马牛不相及的问题结合起来，似乎是一个问题。

广义相对论

在爱因斯坦推出狭义相对论后沉寂了将近十年，一直到1916年再次以广义相对论石破天惊，但其实爱因斯坦在1915年就已经完成了广义相对论，并且在德国的一次学术会议中公开了广义相对论的引力场公式，将牛顿以来的时间与空间分离的绝对时空观统一到了广义相对论下的时空，它会被质量所影响，宇宙各处再也不会有绝对的时间与空间，所有的一切都将在广义相对论的引力场方程下运作。

广相最核心的是一个引力场方程，这是一个二阶非线性偏微分方程组，早先科学界对其认识并不深刻，1916年史瓦西将其运用解出了史瓦西度规，即一个天体坍缩成黑洞的条件！此时大家才认识到这个方程组绝对不是那么简单，而爱因斯坦将广义相对论应用到宇宙以后这个威力开始显现，从此诞生了广义相对论宇宙学。

但爱因斯坦发现在广义相对论框架下的宇宙是动态的，为和当时的静态宇宙论相符，爱因斯坦加入了一个宇宙常数选项，当然后来被苏联数学家弗里德曼以及勒梅特以一个各向同性并均匀的解，得出了弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规，结合1929年哈勃观测到遥远宇宙正在远离的事实，物理学家建立了从一百四十亿年前炽热的大爆炸中演化而来的宇宙模型！

宇宙大爆炸模型

动态宇宙模型本来应该是爱因斯坦先发现的，不过因为宇宙常数项被落下话柄让爱因斯坦后悔不已，当其实有没有常数项勒梅特和弗里德曼一样推导出了动态宇宙，也许宇宙真无法在稳态下运行。现在有了理论和观测的证实，一大波科学家投入中来，

乔治·伽莫夫提出了太初核合成理论拉尔夫·阿尔菲和罗伯特·赫尔曼则在理论证明可能存在宇宙微波背景辐射

这两个理论是基于宇宙大爆炸形成过程推测出来的，未来将会在射电望远镜发展后一一被证实，因为对于氢分子云分布的观测需要射电望远镜威力才能体现，而1964年微波背景辐射的发现则从大爆炸余晖的角度证明了宇宙在很久远的过去确实发生过一次诞生时空与物质的大爆炸。

大爆炸的几个证据

宇宙大爆炸诞生物质？

其实物质无法凭空产生，但物质可以转变为能量，2011年美国布鲁克海汶国家实验室就将金原子加速到接近光速，使其碰撞后达到了2万亿摄氏度的夸克胶子等离子体，再继续加温物质将处于能量态之下。要让普通物质处于能量态很难，但宇宙诞生时的奇点可以，此时粒子运动的速度无限逼近了光速，奇点处于普朗克温度之下，138.2亿年前这个奇点在某个不知名的扰动下开始了暴涨！

10的-43次方秒时，首先分离的四种基本作用力中的引力

10^-37秒时，发生了一种相变导致宇宙急速暴涨

10^-36秒时，强作用力也被分离出来，暴涨结束，此时的宇宙是一锅夸克-胶子等离子体的浓汤。温度极高，所有粒子都在随机运动中，在某个时刻发生了违反重子数守恒的反应，夸克和轻子数量上战胜了反夸克和反轻子，这让宇宙中正物质占了主导。（其实如果我们是反物质宇宙也没啥大事，都一样过）

当粒子能量下降到10^12eV时产生了对称破缺，粒子之间的基本作用力产生。

10的-12次方秒时，电磁力和弱力也被分离出来

10^-11秒时是高能粒子物理所能模拟的极限

10^-6秒时夸克和胶子在强作用力作用下结合成重子（比如中子和质子）

3分钟之后，宇宙温度降低到10亿K左右，太初合成开始（极少数质子与中子结合，形成了氢和氦以及极少量的锂原子核），更多的质子则等待捕获电子成为氢原子

37.9万年后，宇宙温度下降到可以让电子和质子结合成氢原子，氦原子核和锂原子和同样捕获电子构成了原子，光子在浓汤中夺路而逃成为诞生宇宙的第一缕光，可惜宇宙膨胀已经将其红移成了电磁波，这就是大爆炸余晖的微波背景辐射。

天体形成与物质来历简史

我们有一点必须要了解，形成天体的绝不止泥土，因为第一颗天体不存在这些基础，大爆炸产生的仅仅只有极其微量的氦元素和锂元素，而绝大部分都是氢元素，因此形成的第一个天体，除了原初黑洞以外就是恒星！未来的宇宙中大部分氢以后的元素，都是恒星的不同演化中诞生的。

关于恒星演化产生物质的理论，还是要追溯到二十世纪初的物理黄金时代，爱丁顿在1920年提出了恒星从氢核聚变中获得能量。1928年乔治·伽莫夫推导出了强作用力可以克服库伦障壁的量子力学公式。1929年美国物理学家汉斯·贝特分析了氢核聚变可能的不同反应，认为恒星的能量来自两个方面：

质子-质子链反应，碳氮氧循环

前者是质量和太阳类似的恒星能量主要来源方式，或者则是更大质量恒星的能量来源，比如天狼星！其实红矮星这类也是质子-质子链反应，只是红矮星到氦就无法继续下去了，所以它不会膨胀成红巨星，但它们燃烧不稳定，可能比太阳这类恒星更暴躁。

质子-质子链反应

当然能够形成新的恒星和行星的恒星演化是超新星，这是超过太阳质量8-10倍的恒星所特有的一个过程，恒星演化到末期，超新星爆发中大量在恒星生涯中形成的物质被抛洒到宇宙中，这些弥漫的物质在未来数千万年间将诞生成新的恒星和行星！

哪些会诞生成恒星？哪些又会诞生成行星？

其实行星和恒星诞生之初是一样的，不过是流程上有些区别，恒星大都是最初的星云坍缩中心形成，一个坍缩区域可能碎裂成多个区域，可能形成一颗或者多颗恒星，而行星则在原恒星周围吸积盘中诞生，因素可能是质心碰撞，也可能是湍流模型，但无论如何，行星也诞生了，不一样的是物质足够就诞生气态行星，比如木星，物质不够就诞生成岩石行星，甚至矮行星，剩下的物质就是小行星和彗星等。

当然星系的形成比较复杂，一般认为是多个矮星系通过碰撞合并诞生，而并非是六十年代提出的一大片星云中诞生，比如银河系现在仍然在吞噬周围的爱星系而成长，比如人马座椭球星系就已经被银河系撕裂，无论哪种模型，中心的原初黑洞似乎必不可少，否则它的第一桶金不知道从何处掘取！




原文地址：今日头条

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地球等类地行星一开始的成份可能与木星相似，因为同一星云怎么会生成截然不同的星体。由于两个原因，类地行星失去了较轻的气态物质。一是离太阳太近，太阳风将氢、氦等气体吹走；二是由于质量太小，它们的引力不足以留住较轻的气体。木星，土星一定会有一个和地球类似的固体核心。正是由于地球有适当的大小，合适的位置，较强的磁场，才造就了生命和人类，我们是幸运的。