氦原子由两个质子和两个中子组成原子核
如果这些都还不够奇怪的话,那么在宇宙的第一秒之内,还发生了比这更为奇异的事情:就在最早的物质粒子在极度高温中快速旋转时,相同数量的反粒子出现了。
这些反粒子与粒子一模一样,只是电荷相反。反粒子与粒子相撞,彼此湮灭。二者都变成电磁辐射,产生的光子则带着能量远去。就在第一秒之内,粒子与反粒子的数量几乎均等,但在大湮灭事件之后,剩下了一些粒子。
据科学家估计,平均每10亿对撞的粒子和反粒子之中,会有一个粒子留存下来。那么为什么宇宙中的粒子会比反粒子多呢?这是物理学界尚未解开的谜团。
然而也正是那些留存下来的粒子,后来构成了宇宙中的万物。另外,或许还存在一种物质,科学家称其为"暗物质",因为它不会与光发生相互作用。
天文学家认为暗物质是存在的,因为恒星和星系的运动方式无法用可见物质的引力解释。
暗物质大概是在宇宙形成的第一秒内形成的,但无人可以确定这一点。据估计暗物质构成了宇宙质能总量的25%。而已知的物质,也就是普通的、原子或者重子构成的物质,占据了5%。
温度还是太高,质子和电子依然不能结合形成原子。原子是由质子和中子组成原子核,加上绕核运动的电子构成的。(了解更多细节请参考下一节。)
此时,宇宙呈现一种气体的状态,叫作等离子态,这种状态持续了大约30万年。新生物质的粒子(质子、中子和电子),在不断碰撞爆发的能量中跃动,而这种能量是由带正电荷的质子、带负电荷的电子和光的相互作用产生的。
在这一锅粥中,光子无法逃脱。它们与带电荷的粒子,尤其是电子交织在一起,无法自由移动。
想象这样一幅画面:无论跃动的或是对撞的电子和质子何时吸引彼此结合成原子,辐射出来的光子都会与电子相撞,中止结合。而这种结合只有在所有粒子都失去更多的能量后才能持续,而粒子的确会失去更多能量,因为宇宙不断在冷却。
等离子的状态如今在恒星的中心依然存在。恒星中心温度极高,像早期宇宙的条件一样,能够产生类似气体的状态,原子分裂成亚原子粒子。
随着温度冷却,光子不断失去能量,亚原子粒子也不再振动得像之前那样疯狂。振动减弱,具有相反电荷的质子和电子就能结合在一起了。
带正电荷的质子或者与中子结合的质子,吸引带负电荷的电子,形成了第一批原子。第一批原子是最简单的两种——氢和氦。
氢原子由一个质子和一个电子组成,氦原子由两个质子和两个中子组成原子核,还有两个电子绕核运动。
早期宇宙中的原子比例,以质量计,约75%为氢原子,25%为氦原子,还有相对稳定的锂的痕迹,锂由3个质子、3个中子和3个电子组成。
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