科普 》 宇宙、地球和生命的进化：时间的1000个瞬间   》 第17节：三、物质形成(11)      林为民 Lin Weimin

　　按照大爆炸理论，在解耦前，宇宙应该是完全均匀的。因为我们无法想象从一个点向四周扩展的宇宙有什么理由是不均匀的。但是很明显，现在我们观测到的宇宙是不均匀的，因为我们不但能观察到星系团，而且还能观察到单独的星系和恒星。他们的平均密度大约为宇宙平均密度的1030倍。这个结构是如何形成的呢？其实，自组织理论就能很好地解释这个问题。在绝对均匀的情形下，总会在微小的局部有不均匀性，而这个微小的不均匀在某种条件下就可能扩大成最终的不均匀性。还记得那句话吗：亚平宁半岛上一只蝴蝶翅膀的振动，有可能掀起太平洋深处的一场风暴。在当初那个均匀的物质中，在引力作用下，微小密度有变大的趋势。任何一个微小的引力不均匀，都可能在局部形成一个比周围平均密度高的区域。这个区域将吸引更多的物质，因而进一步增加其密度。
　　美国物理学家勒斯仔细研究过这个问题。他说:如果一个区域内有较高的物质密度，将导致更多的气体受引力的作用而聚集；但由于离子密度增大的原因，也同时有更高的内部压强。一方面，扰动尺度越小，由此压强差引起的向外作用力越大；若尺度很小，压强使高密度区分裂。另一方面，引力的行为恰好为另一种方式，尺度愈大则引力愈大；若尺度非常大，压强效应是微不足道的，引力就起了作用，高密度区坍塌。对于一定尺度规模的扰动而引起所发生的稳定和不稳定之间的分界线叫作勒斯长度，大小为勒斯长度的一团物质的质量称作勒斯质量。
　　在解耦前和解耦后，勒斯长度是不同的，由105秒差距（秒差距如同光年一样，是一种宇宙尺度）下降到30秒差距，此时的勒斯质量是l06个太阳质量。因此，如果一个区域所包含物质的总数大于l06个太阳质量，则扰动直到解耦前都是稳定的，解耦时才突然变为不稳定。解耦后，由于气体随同宇宙膨胀，密度连续减小。不久以后，与密度有关的增加的引力效应阻止了膨胀并引起压缩，半径达到极大值，像银河系这样的星系的半径约为40千秒差距，随后急剧减小。当区域坍缩时，密度迅速上升，变得比宇宙平均密度大很多，这与星系观测一致。质量大于106个太阳质量的区域的引力是不稳定的，这个情况预言：将形成l06个太阳质量以上的构造。
　　在原星系本身中必定有小扰动产生，若其尺度足够大，它将是不稳定结构，开始坍缩形成星系中的星团和单个的恒星，甚至当时原星系本身也正在塌陷。这种情况下的勒斯长度很难算，但它表明星系形成过程跟勒斯质量在102～106个太阳质量间的变化有关。因此，恒星的第一代必然比现在典型的恒星重得多。这个结论对恒星中重元素的合成是重要的，因为重恒星更容易产生重元素。
　　在这个阶段，宇宙的主要成分仍然是气体物质，它们慢慢一团一团地凝聚成密度较高的气体云，慢慢地再进一步形成各种恒星系统。这些恒星系统的演化又产生了碳、氧、硅、铁等元素。
　　但是要记住，今天的物理学是基于此时此地的宇宙的研究基础上发展出来的，我们不能保证它绝对适用于描述创世之初的宇宙。因为当时宇宙的温度和密度仍然非常大，而只有在较低温度和较低密度下，物质的行为才可以用当代物理学描述，所以我们目前仍然无法十分精确地描述当时的情形。



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【资料来源】内蒙古人民出版社
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