現(xiàn)代科學(xué)用大爆破理論來解說宇宙的來源。這個理論解說了我們的宇宙是從一個奇點的爆破中發(fā)生的,或許說空間中的一個點也是時間中的一個點。此刻能量密度和質(zhì)量到達(dá)無窮大,一切維度歸零。這是一個沒有時間、空間和物質(zhì)的地點。那么這個奇點從何而來呢?是什么觸發(fā)了大爆破之前的倒計時?
大約1600年前,神學(xué)家圣奧古斯丁試圖在天主發(fā)明宇宙之前了解他的本性。他總結(jié)說,時間是天主發(fā)明的一部分,以前沒有這樣的東西。在20世紀(jì),愛因斯坦通過他的理論得出了類似的定論。在相對論的協(xié)助下,科學(xué)家們能夠把質(zhì)量和時間聯(lián)系起來。愛因斯坦證明了任何接近大質(zhì)量物體的物體,時間都會變慢。例如,我們星球的巨大質(zhì)量扭曲了時間,導(dǎo)致外表的人比軌道上的宇航員流動得更慢。盡管這種差別太小,不明顯,但它是存在的。依據(jù)相關(guān)專家結(jié)合相對論所做的試驗,假如你想讓自己年輕一秒,那么你就得在22.5米高的大樓里呆上10億年。這個試驗對我們來說毫無意義。做個無聊的談話就好,所以不要在談?wù)搮^(qū)問這個試驗是誰做的,引用自哪篇論文。為此我不得不給你一些贊揚。
質(zhì)量越大,時間越慢,而大爆破前的奇點具有宇宙中一切的質(zhì)量,徹底讓時間停止。所以依照愛因斯坦的說法,研討大爆破之前發(fā)生的工作是沒有意義的,由于這個事件之前是不存在的。但這個定論與一個根本的物理概念相矛盾,那便是因果關(guān)系。任何成果都有必要有一個原因,所以對我們來說,愛因斯坦關(guān)于宇宙奇點之前什么都沒有的觀點是不正確的,由于它暗示了過去的概念不能被視為它的一部分。
宇宙的奇點或許不是一切的開端,但總的來說,科學(xué)家并不懷疑大爆破理論。支撐這一理論的是:1929年天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)的宇宙脹大;科學(xué)家Pensias和Wilson在1965年發(fā)現(xiàn)的遺址輻射或宇宙微波布景輻射均勻分布在整個宇宙中。這種現(xiàn)象呈現(xiàn)在大爆破后37.9萬年的氫復(fù)合年代。依據(jù)大爆破理論,我們的宇宙在誕生的第一秒只是一個原子,但已經(jīng)過了六個年代。
普朗克年代,從時間開端繼續(xù)到10的負(fù)43秒;一致年代繼續(xù)到10的負(fù)35秒,在此期間引力與其他類型的根本相互作用分離;然后是資料片年代,繼續(xù)了10的負(fù)32秒。在此期間,宇宙的體積增加了10倍?,F(xiàn)在,依據(jù)不同的估計,宇宙中能夠觀測到的原子數(shù)量從10到79到10到81不等。然后是弱電年代,繼續(xù)10的負(fù)12秒??淇恕⑤p子、光子、W和Z玻色子、希格斯玻色子便是在這個時候構(gòu)成的;然后是軟木年代,重力、電磁力和強(qiáng)弱相互作用構(gòu)成了現(xiàn)在的形態(tài)。只要這樣,強(qiáng)子年代才會到來。
這將在一秒的倒計時中結(jié)束,宇宙終究將到達(dá)原子的巨細(xì)。在這個尺度上,量子理論的法則已經(jīng)取代了經(jīng)典物理學(xué)。這便是為什么包括斯蒂芬·霍金在內(nèi)的宇宙學(xué)家開端提出這樣一個問題:假如把只用于描繪亞原子現(xiàn)象的量子理論應(yīng)用到整個宇宙中,這會是什么姿態(tài)?天體物理學(xué)家約翰·格里本將其描繪為自艾薩克·牛頓年代以來最重要的科學(xué)前進(jìn)。經(jīng)典宇宙學(xué)家以為大爆破來源的宇宙奇點是一個面積為零的點,但依據(jù)量子理論,在最根本的層面上,自然界存在著不可避免的模糊性,因而無法知道宇宙發(fā)生的切當(dāng)時間,它的初始時間和體積。
有趣的是,量子理論答應(yīng)粒子從真空中自發(fā)呈現(xiàn)。這種惹是生非的方法讓量子宇宙學(xué)家懷疑,依據(jù)量子力學(xué)規(guī)律,宇宙本身是否是由隨機(jī)漲落發(fā)生的。原因是在不安穩(wěn)的真空中,或許說虛空中,總有一些東西。但是不要把實際上什么都沒有的虛空和物理真空混雜了。對于物理學(xué)家來說,真空描繪的是一種沒有粒子的狀況,但一般來說,真空并不是真實的空泛。我們對自然界的量子理解所依據(jù)的一個原理便是海森堡的測量原理,它指出某些特點是相互關(guān)聯(lián)的,以至于不能一起精確測量。一對是粒子的方位和動量。你越精確地知道它的方位,你就越精確地知道它的動量,反之亦然。另一對相關(guān)變量是時間和能量。你越精確地知道一個事情發(fā)生的時間,你就越或許知道它。
理論上,完美真空是一切場值永久等于零的狀況,但海森堡的測不準(zhǔn)原理說,假如我們切當(dāng)知道一個場地值,那么它的改動率是徹底隨機(jī)的,所以它不或許在任何時候都等于零。這意味著常數(shù)空間的數(shù)學(xué)描繪與量子力學(xué)是不相容的。簡略來說,空性是不安穩(wěn)的,所以樸實的空性是不存在的。任何物質(zhì)都是能量的凍住形式。愛因斯坦將它們與聞名的公式E等于mc的平方聯(lián)系起來。然而,恒星和星系中確定的大量正能量有必要被它們之間引力的等量負(fù)能量抵消。在關(guān)閉的宇宙或者這樣的宇宙中,它的壽命是有限的,它終究會再次收縮。正能量和負(fù)能量有必要互相平衡。這意味著這樣一個宇宙的總能量為零。斯蒂芬·霍金想知道,假如總能量有必要永久保持為零,發(fā)明一個物體有必要耗費能量,那么整個宇宙是怎么從無到有的。這便是為什么一定會有引力,而且由于引力的招引,它具有負(fù)能量來分離一個引力體系,比方地球和月球。有必要做一些工作,這種負(fù)能量能夠被發(fā)明物質(zhì)所需的正能量抵消,但事實并沒有這么簡略。
像恒星這樣的物體會有更多的負(fù)引力能量。它越小,它的負(fù)引力能量就越大。在負(fù)引力能大于物質(zhì)正能量之前,恒星會坍縮或收縮成黑洞,黑洞會有正能量。這便是空無一物的空間安穩(wěn)的原因。恒星或黑洞等天體或許憑空呈現(xiàn),但在整個宇宙處于斯蒂芬·霍金提出的量子宇宙狀況時是或許的。
科學(xué)家亞歷山大·韋倫金(Alexander Velenkin)提出,在宇宙脹大的負(fù)壓影響下,能夠從開端的空態(tài)自發(fā)呈現(xiàn)一個充溢能量的小真空。這個高能真空將在幾微秒內(nèi)開端脹大,它將到達(dá)宇宙的巨細(xì),宣布光和物質(zhì)流,并終究發(fā)生大爆破。所以這是一個聰明的解說。在宇宙從無到有之前,什么都沒有,沒有能量,沒有空間,沒有時間,但這種虛無是可以繼續(xù)的。問這種虛無存在多久是沒有意義的,由于在虛無的年代,沒有時間這種東西,宇宙的呈現(xiàn)是虛無隨機(jī)量子漲落的成果。那么,這個整體問題解決了嗎?究竟關(guān)系到全人類的生計?;蛟S一個更重要的問題是,假如這個量子漲落是隨機(jī)的,愛因斯坦曾經(jīng)說過天主不玩骰子,那么這一切又意味著什么?是什么阻撓了充溢能量的真空再次呈現(xiàn),然后阻撓了有100%概率消滅人類的新大爆破的發(fā)生。
我們知道物理學(xué)中有一些根本常數(shù),只要在它們的協(xié)助下,你才干推導(dǎo)出一切的物理規(guī)律,包括光速、引力常數(shù)、普朗克常數(shù)、電子和質(zhì)子的質(zhì)量、電荷。物理學(xué)家注意到,假如這些常數(shù)中的任何一個與它們的值有哪怕一點點不同,我們的宇宙就不會呈現(xiàn),也不足以將光速從每秒299.792458億米改動為每秒2.9億米。光速包含在決議原子核內(nèi)質(zhì)子和中子相互作用以及電子繞原子核旋轉(zhuǎn)的公式中。因而,光速的微小改動會導(dǎo)致原子核化學(xué)性質(zhì)的不安穩(wěn)、破壞或劇烈改動,這也會大大加快或減緩太陽中的核聚變。這是由于核聚變是在嚴(yán)厲界說的參數(shù)下進(jìn)行的,它們的改動會導(dǎo)致核聚變的指數(shù)級加快和恒星的爆破,就像核聚變的消退,太陽的消退和坍縮成白矮星一樣。
這是另一個比如。自在中子比質(zhì)子加電子體系重。這便是氫原子安穩(wěn)的原因。假如中子至少輕十分之一,氫原子就會很快變成中子。假如電子的質(zhì)量超越中子,那么宇宙的化學(xué)組成就會發(fā)生根本性的改動。它缺少氫意味著它將缺少通常意義上的恒星,然后缺少生命。那么這些常數(shù)是怎么精確選取的呢?這個問題叫做宇宙的微調(diào)。但是還有一個問題。為什么我們的宇宙是三維的?究竟閔可夫斯基的空間或許狹義相對論對時空的幾許解說是四維的,三個空間維度,一個時間維度,而我們的宇宙只要三維。這是由于我們的宇宙或許存在于其他維度??茖W(xué)家保羅·埃倫費斯特發(fā)現(xiàn),行星的軌道在四維或多維空間中會失去安穩(wěn)性。例如,在四維空間中,太陽的引力場依照平方反比規(guī)律作用于行星。沿著螺旋軌道運動的行星很快就會落入太陽并被其吸收,那么為什么物理的全球常數(shù)和維度都是這樣挑選的,然后使我們的宇宙存在成為或許。
為了解說這一點,科學(xué)家們提出了最重要的科學(xué)原理,稱為物理宇宙學(xué)的人擇原理。它說我們之所以這樣看宇宙,是由于只要在這樣的宇宙中,才干呈現(xiàn)調(diào)查者??茖W(xué)家提出,一個人不僅能夠改動宇宙,還能夠影響宇宙所調(diào)查到的規(guī)律,這便是為什么這個原理被稱為“人擇原理”。人擇原理有強(qiáng)有弱。弱人擇原理說,我們顯然不是在調(diào)查宇宙的任何區(qū)域,而是在調(diào)查它的特別結(jié)構(gòu),使之合適生命的發(fā)生和發(fā)展。強(qiáng)者擇原理標(biāo)明,宇宙有必要具有答應(yīng)智能生命發(fā)展的特征。后一個準(zhǔn)則的變體是參與性人擇準(zhǔn)則。依據(jù)這個原理,任何現(xiàn)象在被調(diào)查到之前都不或許存在。調(diào)查者或許是賦予我們宇宙意義的必要條件,但科學(xué)界卻有其他觀點。
宇宙學(xué)自然挑選理論或許第二宇宙理論的評論還在繼續(xù)。依據(jù)這個理論,在我們宇宙中每個黑洞的另一邊,都會呈現(xiàn)一個新的宇宙,那里的根本物理常數(shù)或許與包含這個黑洞的宇宙中的物理常數(shù)不同。智能調(diào)查者能夠呈現(xiàn)在這樣的宇宙中,那里的根本常量值有利于生命的呈現(xiàn),這個過程讓人聯(lián)想到生物進(jìn)化過程中的突變和挑選。一些科學(xué)家以為這種模型是描繪宇宙微調(diào)的更好方法。依據(jù)第二宇宙理論,生命的呈現(xiàn)是自然挑選的成果,所以宇宙中會有更多的黑洞,有合適的參數(shù),相同的參數(shù)會有利于生命的呈現(xiàn)。