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宇宙因何起源:大爆炸才是“真凶”?

字号+ 作者:看点网 来源:www.390020.com 2015-07-24 16:41 我要评论( )

导读: 宇宙是一直存在的吗?关于这个问题很难回答。宇宙在我们心中更像是永恒的代名词,早在没有人类时它就存在,所以在它眼中人类太渺小了。关于宇宙起源有很多种说法,其中支持者最多的就是宇宙在大爆炸中产生,真的是这样吗? 宇宙是一直存在的吗?近些

导读:宇宙是一直存在的吗?关于这个问题很难回答。宇宙在我们心中更像是永恒的代名词,早在没有人类时它就存在,所以在它眼中人类太渺小了。关于宇宙起源有很多种说法,其中支持者最多的就是宇宙在大爆炸中产生,真的是这样吗?

  宇宙是一直存在的吗?近些年来,物理学中的一些大牛为此争论不休。有些人认为无论我们回溯多久,宇宙都一直存在,还有一些人则持相反意见,认为一定有什么事件发生,导致了宇宙的创生。双方都声称,观测证据支持自己的看法,所以定论似乎一直都遥不可及。

宇宙因何起源:大爆炸才是“真凶”?

  但是2012年年初,宇宙学家亚历克斯维连金(AlexVilenkin)和奥德丽米萨尼(AudreyMithani)声称,他们结束了这场争论。他们发现了宇宙不可能一直存在的原因。不过大自然总是有予有夺,尽管宇宙必定存在一个开始,但其肇始的真相可能已经迷失在了时间的迷雾之中。

  现代宇宙学始于1916年,当时爱因斯坦将他新建立的引力理论——广义相对论,应用于他能想到的最大引力质量——整个宇宙。像牛顿一样,爱因斯坦偏爱一个不变的宇宙,一个永恒存在从而无始无终的宇宙。要想得到这样的宇宙,爱因斯坦意识到,为了抵抗使宇宙万物相互吸引靠近的引力,空间本身必须存在一种怪异的排斥。

  不幸的是,爱因斯坦的静态宇宙仍然不稳定。就像英国物理学家阿瑟爱丁顿(ArthurEddington)后来指出的,这样的宇宙乃是平衡在无限膨胀和无限收缩间的刀锋之上。进一步的撼动来自于1929年,美国天文学家埃德温哈勃(EdwinHubble)观察到,星系如一个个宇宙飞镖般相互远离,结论是我们的宇宙正在膨胀。


但是如果宇宙正在膨胀,一个自然而然的推论就是,它过去一定比现在小。如果我们如此一路反演下去,最终在某个很早的时刻,所有物质挤压在一个极小的体积中——这就是大爆炸。由此发展出的大爆炸理论,描述了宇宙自一个极热、致密的状态演化到今天的过程,但对于是什么导致了大爆炸,这个理论只字未提。这一直是一个悬而未决的问题,大爆炸之前究竟发生了什么?宇宙真的存在一个开端吗?

宇宙因何起源:大爆炸才是“真凶”?

  对稳恒态宇宙的进一步质疑来自理论分析。上世纪60年代,罗杰彭罗斯(RogerPenrose)和史蒂芬霍金(StephenHawking)还是英国剑桥大学的两个搞理论的年轻小伙儿。他们的工作表明,如果你将宇宙的膨胀进行反演,最终不可避免会达到一个点。这个点被称为奇点(singularity),因为诸如密度和温度这样的物理参数,在这一点会直逼无穷。更糟糕的是,物理学在此分崩离析,我们无法预言奇点背后有些什么。按照彭罗斯和霍金的理论,大爆炸是宇宙确确实实的开端。

  那么,故事结束了吗?当然没有。后来的研究发现,彭罗斯和霍金的奇点理论中隐藏着一个缺陷。按照牛顿理论,物体的引力大小只取决于质量,爱因斯坦的洞见则昭示出,引力还依赖于物体的能量密度及其内部压力。后者至关重要,因为在推导他们的理论时,彭罗斯和霍金假设空间的压力一直很小,而且始终是正值。


但要是这个假设不成立呢?“仅此一点就打开了通向各种现代宇宙学理论的大门,它们压根不把大爆炸视为宇宙开端,”维连金说,“首当其冲的就是暴涨(inflation)理论。”宇宙或许就像一片永恒沸腾的海洋,每一处都不断有气泡出现和扩张,而我们就处在一个137亿年前产生的大气泡中。

宇宙因何起源:大爆炸才是“真凶”?

  在维连金参与创建的这个理论中,暴涨始于一个具有异常高能量的真空态,并且具有负压力。这两个特点赋予真空以排斥引力,使物质分离而非吸聚。这使得真空进一步膨胀,从而斥力更大,由此暴涨愈演愈烈。

  但是暴涨的真空本质上是量子的,因此并不稳定。随处都有小块真空随机衰变成普通的真空。你可以将暴涨真空想象成一个正在沸腾的海洋,每一处都不断有气泡出现和扩张。暴涨真空的能量必须要有个去处,它们最终转变成物质,又将每个泡泡中的物质加热到地狱般的高温,由此制造出一个个大爆炸。我们的宇宙就处在这样一个由137亿年前的一场大爆炸产生的泡泡之中。

  宇宙真的产生于大爆炸中吗?这个理论看似合理,但是依然还有许多解释不清的地方。关于宇宙的起源,我们目前只能不断地进行猜想,希望可以根据宇宙的变化,推断出宇宙最初形成的原因。

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