中秋節(jié)期間,小編在無聊之余就出去找了個空地,準備找找“舉杯邀明月,對影成三人”的感覺,結果看到浩瀚的星空就又陷入了沉思…… 這個宇宙從哪里來的?它的歸宿是哪里?想了好多好多。 今天小編就聊聊宇宙從哪里來的問題,宗教界、科學界關于宇宙的來源的理論有非常多,但是一種理論要讓人相信它是真理,就必須為自己尋找盡可能的證據(jù),目前來說,證據(jù)比較充分、大家普遍認同的關于宇宙起源的理論是宇宙大爆炸理論。 宇宙大爆炸理論是什么?對于宇宙的演變,科學界在50多年前就已經(jīng)達成共識:138億年前,我們所知的宇宙從一個被稱為大爆炸(英文:The Big Bang)的高溫高密度狀態(tài)中誕生。 有人問,大爆炸理論為什么沒有人質疑? 質疑是肯定有的,與大爆炸理論競爭的理論有非常多,但是隨著觀測到的證據(jù)越來越多,大爆炸理論也就脫穎而出。 那么有什么觀測證據(jù)如此強力支持大爆炸理論呢? 簡而言之,有四項指標,宇宙膨脹、大規(guī)模結構和星系演化、宇宙微波背景及其溫度和光譜特性,以及宇宙中元素的相對豐度和進化,這四項觀測指標大爆炸理論都能很好的解釋,而其他宇宙理論就差強人意了,所以最終大爆炸理論戰(zhàn)勝其他理論得到科學界共識。 如果有人對宇宙大爆炸還有疑問,請參閱我這篇文章進一步了解: 宇宙大爆炸之前存在什么?基于宇宙大爆炸理論,我們可以反推回138億年前,那個時候宇宙還沒有爆炸,宇宙的所有事物都凝聚到一個原子大小的密度無限大的奇點內(nèi),在這個微粒中,所有的數(shù)學、物理、空間、時間法則都停止運作,一切的一切都似乎沒有任何意義。 無奈的是,強大的求知欲時時鞭撻著我們的心靈,我們似乎不由自主問出另一個更困難的問題:宇宙大爆炸之前到底存在什么? 大爆炸前無意義觀點 對于這個問題,其實愛因斯坦和霍金都曾給出過相似的解釋,那就是討論這個問題沒有任何意義。 愛因斯坦說,大質量天體可以扭曲時空,也就是說一顆行星的巨大質量會扭曲時間,比如地球表面生活的人類,他們的時間運行速度就比軌道衛(wèi)星慢一點點,當然這種差別非常微小,人們基本感受不到,當然,質量越大的天體對時間的扭曲作用也越大,想象大爆炸前的奇點,它擁有宇宙中所有的質量,那么可以推測出在那里時間趨于無限慢,等同于停止狀態(tài)。所以討論大爆炸之前的事情沒有任何意義。 霍金的說法也類似,但他堅持的觀點是無邊界宇宙模型,他認為宇宙是個四維球面,有限但無界,就像我們地球表面一樣,我們知道地球是有大小的,但是在地球上又沒有任何界限,同理“宇宙的邊界就是它沒有邊界!”,假設你到了宇宙空間和時間的起點——也就是大爆炸前的奇點,你問這個點以前是什么,其實這和問地球上南極點以南、北極點以北是什么一樣,都是沒有任何意義的,所以說,宇宙是沒有邊界,也沒有創(chuàng)生和毀滅,自洽自足,沒有任何第一推動力存在。 暴脹泡沫宇宙 你以為這兩位牛逼人物說了之后,大家就停止疑問了!NO,NO,NO,一切才剛剛開始,愛因斯坦去世幾十年后,量子物理學和一系列新理論出現(xiàn),這引發(fā)了新一輪有關大爆炸前宇宙的的討論。 宇宙微波背景輻射(CMB) 天文學家阿諾·彭齊亞斯和鮑勃·威爾遜在1965年觀測到了宇宙微波背景輻射,簡稱CMB(小編怎么感覺像在罵人呢?(O_O)?),雖然起初給大爆炸理論帶來了一些問題,但在1981年被暴脹理論解決,這個理論要求宇宙在大爆炸后的幾分鐘內(nèi)要以極快的速度膨脹。該理論順便也解釋了CMB中溫度和密度的波動,但是規(guī)定了這些波動應該是均勻的。 BUT,面包會有的,問題也會有的,近期的觀測發(fā)現(xiàn)宇宙并不是均勻的,一些區(qū)域的波動明顯比另一些區(qū)域多。 每一個暴脹泡沫產(chǎn)生一個宇宙 這也為暴脹泡沫宇宙理論提供了依據(jù),該理論認為,暴脹不僅僅是一種擴張的方式,它也是一種創(chuàng)造宇宙的驅動力,它能發(fā)生一次,就能再次發(fā)生,是為永恒暴脹。我們的宇宙也許就是暴脹產(chǎn)生的一個氣泡,這個氣泡從一個奇點生長為我們整個宇宙。當然這個過程可以不斷繼續(xù),最后產(chǎn)生多個,甚至無數(shù)個這樣的泡沫宇宙。 振蕩宇宙理論 振蕩宇宙理論周期會逐漸增加 20世紀30年代,有物理學家提出了“振蕩宇宙”理論,該理論認為宇宙自大爆炸起源,而后膨脹,然后在引力的作用下膨脹變慢,最后塌陷回去,然后在發(fā)生大爆炸,膨脹、逆轉、收縮和反彈,四個過程周而復始。 但是,這個理論最終淡出視野,主要原因是,按照熱力學第二定律熵增原則,該振蕩宇宙的周期會越來越長,照此反演倒退,宇宙的震蕩周期將會越來越短,其起點仍然是大爆炸起點。 火劫模型 在量子力學和相對論出現(xiàn)后,愛因斯坦晚年始終在忙著一件事——大統(tǒng)一理論,直到去世。大統(tǒng)一理論不僅是他的愿望,也是所有物理學家的終極夢想,這個夢想最終導致弦理論登場,弦理論后來又分為很多版本,為了更加統(tǒng)一,最終出現(xiàn)了M理論,這個理論將各個弦理論版本都收入麾下,一路向大統(tǒng)一理論高歌猛進。 M理論統(tǒng)一了弦理論的五個版本 按照M理論觀點,空間不是三維的,是11維時空,只不過多余的緯度蜷縮到了微觀世界。而在高緯度時空下,我們的宇宙空間完全可以被看作是一個三維的膜。 膜宇宙的碰撞與遠離 于是一個新的循環(huán)宇宙模型被提了出來:我們的膜宇宙跟另一個幾乎平行的膜宇宙在更高的時空緯度上發(fā)生周期性碰撞,這種碰撞反映在三維空間中就是一次大爆炸,它創(chuàng)生了真實可見的世界。在這之后,膜宇宙會在遠離對方的演化過程中,通過暗能量所驅動的加速膨脹過程將該碰撞產(chǎn)生的世界痕跡洗刷干凈,留下極為平坦的膜,為下一次碰撞做準備。由于在這個模型中,宇宙創(chuàng)生是周期性的,如同鳳凰涅槃之后火劫重生,因此提出者將其命名為火劫模型。 反彈宇宙模型 網(wǎng)上找到的一個圖片,介紹了反彈宇宙模型產(chǎn)生的過程 過去幾年,越來越多的宇宙學家開始重新考慮另一個理論。他們說大爆炸其實可能是大反彈。有的宇宙學家認為宇宙就像肺,不斷地重復著膨脹收縮的過程,每次都收縮到一個特定的大小,另一些人則認為宇宙只反彈了一次,在反彈之前一直在收縮,而在反彈之后就永遠膨脹。在這兩種模型中,時間都是無始無終的。 黑洞白洞理論 還有一些模型圍繞著大爆炸前奇點本身的形成展開。如果你認為黑洞是宇宙垃圾壓縮器,它們是所有原始壓縮的主要候選者,所以我們膨脹的宇宙理論上可能是另一個宇宙中黑洞的白洞輸出。白洞是一種假想的物體,它以與黑洞相反的方式活動,釋放出大量的能量和物質,而不是將其吸進去,我們可以把它想象成一個宇宙排氣閥。一些科學家提出,我們的宇宙可能是在一個黑洞中誕生的,而我們自己的宇宙中的每一個黑洞也可能包含獨立的宇宙。 結語科學家的腦洞非常大有木有?但是盡管腦洞大,卻不得不承認這些理論仍然還都是理論性的,雖然無法證偽卻也無法證實。 要理解這個問題,和大家分享一個我在網(wǎng)上看到的例子,想象一臺超級電腦,當電源啟動后,電腦開始運轉,然后電腦中的一個虛擬智能生命(假設已經(jīng)有了意識),它問操作系統(tǒng),我們的電腦開機前是什么樣的,操作系統(tǒng)為了回答這個問題就去翻看系統(tǒng)日志,結果查來查去最終發(fā)現(xiàn)這個系統(tǒng)只記錄了系統(tǒng)開機后的一切,對于系統(tǒng)開機前什么樣不論怎么計算都無法得知。 也許,我們此時就處于這樣的困境中,宇宙開始前的世界已經(jīng)超出宇宙的歷史,除非跳出我們的宇宙看,否則我們永遠無法得知真相。 關注《未來科技社》,一起眺望未來!-----青云計劃獲獎文章---- |
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