| 天人地 | 2023-11-20 11:44 |
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现代主流科学理论认为，我们的宇宙起源于138亿年前的大爆炸，一个体积无限小，密度和温度无限高的奇点突然急剧膨胀，诞生了我们的宇宙，而且时间和空间都是在宇宙大爆炸之后产生的。 不过宇宙大爆炸和那个神秘的奇点，总是充满了各种疑问。奇点本身就够诡异的了，毕竟我们很难想象一个体积无限小的点到底该如何存在，更大的问题是：这个奇点到底是如何存在的，存在于哪里？  首先，奇点并不是某个空间上的点。 其次，宇宙大爆炸也不是从某个点开始的。  所以，“宇宙是从一个无限小的点开始的”这种观点其实是不严谨的，是对奇点概念的误解。那么，宇宙大爆炸时的奇点到底该如何理解呢？ 上世纪20年代，美国著名物理学家哈勃在观察遥远星系的运动时，然后发现了一个看似反常的现象：遥远星系都在加速远离地球，而且距离地球越远的星系远离地球的速度越快。利用广义相对论理论，如果我们让时间倒放，就可以得出这样的结论：在有限的时间里，宇宙一定处于一个极度密集极度高温的状态，在此状态下，包括广义相对论在内的所有物理定律都彻底失效，而这种状态就被称为“奇点”。  事实情况是，如果我们把时间回溯到138亿年前，可观测宇宙的确在一个体积非常小的点内，这个点甚至远小于电子。但，可观测宇宙并不能代表宇宙，它只是宇宙的一部分，宇宙真正的大小远大于可观测宇宙，只不过由于宇宙膨胀速度超过了光速，可观测宇宙外面的光线信息永远到达不了地球，因此，那部分宇宙对于我们来讲，其实是没有意义的，至少对于目前的我们来讲是毫无意义的。 那么，真实的宇宙到底有多大？根据目前的科学理论和观察结果，真实宇宙的大小很可能是无限的。 一个无限大的宇宙，不管如何收缩，都不可能在有限的时间里收缩成有限大小。但是无限大的宇宙仍旧可以继续膨胀，只需要在其里面不断膨胀就行了。 那么，奇点到底是怎么回事呢？我们先看看现有科学理论对奇点和宇宙大爆炸瞬间的研究吧。  第一，电弱时代，在大爆炸发生之后大约10的负32次方秒，当时的可观测宇宙只相当于一粒沙子，宇宙的温度仍旧过高，希格斯场根本无法赋予基本粒子静质量。这就意味着所有的基本粒子静质量都为零，它们都必须以光速飞行。 不过，此时的弱相互作用与电磁力已经结合成了电弱力，所以这个阶段又被称为“电弱时代”。在此阶段，人类已有的物理定律已经很完善了，科学家们甚至可以在大型粒子对撞机中创造出如此温度，并用来验证电弱力理论。  不过，目前科学家们并不能通过实验来验证大统一理论，因为即便是大型粒子对撞机也无法创造如此高度的温度和能量，不能让强相互作用与电弱力合并在一起，我们需要更强大的对撞机，起码能达到现有对撞机提供能量的1000亿倍，这对于人类来讲是极大的挑战，很可能意味着用对撞机这种方法验证大统一理论是行不通的，最终会走进死胡同。 第三，普朗克时代，在大爆炸发生一个普朗克时间，也就是大约10的负43次方秒，当时的可观测宇宙只有普朗克长度。广义相对论预言，普朗克时代的四大基本作用力完全处于合并状态，因此，在这样一个尺度下，描述引力和时空的广义相对论遇到了奇点。  说了这么多，所谓的奇点，其实就是现有物理学的奇点，通俗理解就是：奇点是现有物理学的“当头一棒”。而随着新物理理论的不断涌现，物理学上的奇点很可能会自动消失。 还有，大爆炸理论本质来讲其实是假说，是根据宇宙膨胀等现象推测出来的宇宙过去的某种状态，大爆炸理论本身其实并不能告诉我们大爆炸到底是如何发生的，为什么会发生，当然更不能告诉我们大爆炸之前到底是何种状态。 要想回答上述问题，需要新的理论，新的假说，比如说量子场论。何为量子场论？ 量子场论是量子力学狭义相对论和经典场论相结合的物理理论，已被广泛的应用于粒子物理学和凝聚态物理学中。量子场论为描述多粒子系统，尤其是包含粒子产生和湮灭过程的系统，提供了有效的描述框架。 量子场论中，粒子就是场的量子激发，每一种粒子都有自己相应的场。 具体来讲，宇宙并不存在绝对“无”的状态，而是充满了各种场的“混沌”状态，这些场一开始都处于稳定的基态，而基态的场受到激发之后，就会衍生出对应的基本粒子。  按照量子力学不确定性，基态的场总是会受到激发，从而形成各种基本粒子，这个过程其实就是我们通常所讲的“量子涨落”。  我们不能用宏观世界的经典物理思维衡量量子效应。刚才也说了，只要时间足够短，就可以发生任何事件，这意味着在足够长的时间里的某个瞬间，一定会随机发生这样的事件：衍生出来的基本粒子并不会湮灭消失，而这些基本粒子就是宇宙起源的源泉和动力。 对于量子世界，并不存在我们每天感受到的明确时间概念，可以通俗理解为：量子世界里的一瞬间就相当于我们宏观世界的“永久”。宇宙一开始各种场交织的“混沌”状态一定会衍生出我们的宇宙，当然不仅仅有我们的宇宙，还会有其他无限多个宇宙。  能够看出，用上述量子场论来诠释宇宙的起源和奇点问题，就不会遇到“宇宙奇点之外是什么”这样的尴尬问题了，因为所谓的奇点或者宇宙本身就是通过量子涨落出现的。如果非要问奇点之外是什么，答案是：其他的奇点，其他的宇宙。  当然，你肯定还会这样问：如果量子场论是正确的，那么宇宙一开始的各种场交织在一起的“混沌”状态又是怎么来的？ 送你三个字：不知道。不仅我这个普通科普作者不知道，任何人都不可能知道问题的答案。  举个最明显的例子，在我们的固有观念里，因和果是必然联系在一起的，也就是所谓的“因果律”，但因果律真的存在吗？或许因果律只在我们生活的四维宏观世界成立，换一个环境就不成立了。  为什么会走进死胡同？我们并不知道，可能的原因之一是：我们一开始对世界的固有思维认知就错了：为什么万事万物必须有一个开端呢？没有哪条大自然法则表明万物必须有一个开端。 其实从“证伪”和“不可证伪”的角度来讲，“万物都必须有一个开端”也不一定站得住脚，或者说是没有太大现实意义的。  卡尔萨根就有一个关于龙的著名比喻： 你：我家的车库里有一条会喷火的龙！ 我：真的吗？那能让我看一看吗？ 你：很遗憾，这条龙是隐形的，就算打开大门你也看不到，事实上，这条龙,只有我能看到。 我：那它不是能喷火吗？可以测试一下你们车库的温度有没有升高啊。 你：非常遗憾，我这条龙喷出来的火是冷的，它并不能提高车库的温度。但是，这条龙的确存在。 我：......那你能不能让我往车库里面喷漆，龙如果存在的话，身上一定会沾上一点油漆，从而就现身了。 你：很遗憾，这条龙的鳞甲并不能沾上油漆，所以，你就算那样做，也肯定看不到，不过请相信我，它真的存在！ 我： ......   当然，这只能说明我们不能通过“科学手段”去理解那些问题，但科学并不是万能的，也不是认识宇宙的唯一方式，还有其他方式，比如说哲学和宗教或者神学，前者在逻辑上是自洽的，而后者更简单，是主观信仰。 当然，人类要做的是用科学的手段诠释宇宙，毕竟如今人类文明取得的成就几乎全部都是科学的力量。想用科学手段诠释宇宙起源问题，就要求我们必须突破传统思维的枷锁，甚至是四维时空的束缚，才能站得更高，甚至能够以“上帝视角”重新审视宇宙的起源。 |
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