宇宙誕生前是什麼樣子,為啥會出現宇宙,未來歸宿有幾…


宇宙誕生前是什麼樣子,為啥會出現宇宙,未來歸宿有幾種可能?的頭圖

宇宙誕生前是什麼樣子,為啥會出現宇宙,未來歸宿有幾種可能?

有人看到科學界關於宇宙已經誕生了130多億年的說法,就老想弄清,宇宙每誕生時是個什麼樣子呢?這種好奇心可以理解,但問題是科學界並不能給出一個標準答案。現在我們試著用已有的一些科學常識,分析一下這個問題。

  • 太空賠率

宇宙誕生了130多億年,是基於宇宙大爆炸理論,因此要知道130億年前宇宙還沒有爆炸前的樣子,首先必須承認宇宙大爆炸理論,才能夠根據這個理論去追溯。

大爆炸理論認為,宇宙在約138億年前,由一個奇點爆炸(或者說是膨脹)而成。奇點是一個體積無限小、溫度無限高、密度無限大、曲率無限大的存在,從邏輯推斷,我們就可以看出,後面的三個無限都是基於第一個無限,因為體積無限小的東西,只要有溫度、密度、曲率存在,就只能是無法估量的大。

從大爆炸開始,宇宙就一直在擴張,現在宇宙已經膨脹到了可觀測宇宙930光年直徑,物質從能量中誕生,從最早的基本粒子到現在的數万億星系,而且膨脹還在進行中。正是基於宇宙膨脹的觀測事實,反推過去,宇宙是從一個奇點爆發的。

  • 經典物理學認為,奇點無法認知

因為在我們世界不存在無限小的事物,人類可認知的最小尺度約為10^-35m,這個尺度就叫普朗克尺度,也就是比原子還小10億億億倍的尺度。而奇點是無限小,就是不知道比普朗克尺度還要小多少倍,因此現有的一切理論在那個地方都失效,因此人類無法認知奇點,更無法認知奇點以前的事物。

但有一點是經典力學和量子力學都有統一認識的,就是宇宙沒有誕生前,世界是虛無虛空的,何為虛無虛空?就是處於真空狀態,沒有空間,沒有物質,也沒有時間。因為是宇宙大爆炸那一刻開始,時間、空間和物質才開始誕生。

  • 量子力學對宇宙出現前的猜想

首先,量子力學認為真空其實不空,即便在所謂“絕對真空”中,也充滿了能量,這種能量就叫真空零點能。這些能量會以正反虛粒子對的方式不斷出現,又不斷湮滅,這種現象叫量子隨機漲落。

宇宙中佔有普遍性的絕大多數時候,是宇稱守恆的,也就是對稱的,但也存在著極少的不對稱現象,也就是對稱性破缺。用哲學觀點說,就是這個世界並不是十全十美的,總有那麼一些偶然和意外,破壞了完美的平衡。

楊振寧、李政道獲得1957年諾貝爾物理學獎的宇稱不守恆原理,說的就是這個。這是一個石破天驚的理論,從此,對解釋宇宙誕生、生命誕生有了重要依據,也改變了後來的物理學、量子力學研究的走向。

  • 對稱性破缺造就了宇宙和生命

宇宙中如果正物質和反物質完全一樣,正反就永遠會湮滅掉,就不會出現宇宙。

宇宙誕生前,在一片虛空真空中,能量以不確定性漲落方式不斷湧現又湮滅,但有極少量的虛粒子對出現了破缺,沒有湮滅,正粒子佔了上風,這樣奇點就出現了。隨著奇點的爆發(膨脹),時空、物質同時誕生,奇點不斷地膨脹,就成為今天的宇宙。

生命也是這樣從無到有的。宇宙從最初簡單的輕元素(主要是氫、氦、鋰),經過恆星演化和超新星大爆炸,形成了越來越多的重元素,迄今為止人類已經發現了118種元素。這些元素的碰撞和結合,在不斷的偶然性“破缺”中,物質從無機物演化到有機物,再演化到細胞生命。

現在的世界已經發現許多對稱性破缺的例子,如弱相互作用下宇稱不守恆、粒子和反粒子的不對稱、手性分子的對稱性破缺等等。如果沒有這些“破缺”,世界將是單調、暗淡、失去活力的,就不會出現恆星、星系乃至生物;而地球物種也不會分化、進化成為今天這個樣子。

如今,對稱性破缺已經成為一個跨物理學、生物學、社會學、系統論等學科的概念,是闡述事物呈現出差異性的理論,說明這個世界既有對稱性,又有不對稱性,是差異性和對稱性破缺造就了今天多姿多彩的世界。

  • 平行宇宙和多重宇宙論

多重宇宙論認為宇宙有很多甚至無限多,這種理論同樣基於量子漲落的對稱性破缺。前面說了,既然宇宙奇點誕生於真空零點能中的量子漲落,是虛粒子對出現的對稱性破缺,那麼就不可能只有一個虛粒子對由於對稱破缺而誕生了奇點,很可能有無數個虛粒子對的對稱性破缺,每一個破缺都誕生一個奇點,因此宇宙就有無數個之多。

平行宇宙的來源是基於量子力學的不確定性原理和量子疊加態原理。最有名的思想實驗就是“薛定諤的貓”,那是一隻既死又活的貓(詳情已經說過多次,這裡就不展開說了)。在量子世界,每一個粒子都有兩種狀態,即既死又活。即在打開“薛定諤的貓”那隻實驗盒子時,看到一隻“死貓”,在另一個世界就一定有一隻“活貓”,而且這種既死又活的狀態每時每刻都在不停地分裂,因此宇宙中就有無數平行宇宙存在。

這就是多重宇宙和平行宇宙的簡單由來,這些理論都很複雜高深,要說清楚話就很長,今天就不說了。當然,這些說法都還只是基於量子力學的某種推斷,科學界的共識是,不管是平行宇宙還是多重宇宙,都是各自不同的時空,相互都不可能越界來往,因此這種猜想將永遠無法證實。

  • 宇宙歸宿

現在科學界對於我們自己這個宇宙的歸宿有多種猜想,主要有熱寂說、大撕裂說、大塌縮說。

熱寂說就是在很久遠的未來,宇宙所有熱量都消耗殆盡,整個宇宙處於熱平衡狀態,熱量和粒子再也沒有流動和交換,由此宇宙死寂,空間時間消失,回歸虛無;大撕裂說是基於宇宙膨脹速度越來越快,如果最終引力無法抑制住宇宙膨脹不斷加快的趨勢,原子和基本粒子都將承受不了宇宙膨脹的破壞,所有基本粒子都被撕裂,宇宙分崩離析,化為虛無;大塌縮說是宇宙膨脹到一定階段,引力收縮的力量佔了上風,宇宙從停止膨脹到開始收縮,由於重力影響將會收縮得越來越快,形成坍縮之勢,最終收縮回到一個奇點。

現在的理論是暗能量佔據宇宙總能的68.3%,主導著宇宙膨脹;暗物質佔宇宙總質能的26.8%,主導著宇宙收縮。它們之間的較量一直在繼續,最終鹿死誰手,決定了宇宙的歸宿是大撕裂還是大塌縮。不管哪一種歸宿,宇宙都將重新開始,但這已經與人類完全無關。

因為人類只不過是宇宙演化過程中的一個過客,而且很可能是一個極其短暫的過客,就像長河中的一朵浪花,轉瞬即逝。

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