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宇宙起源于138億年前的大爆炸,大爆炸之前又是什么?

 激揚文字 2024-12-27 發(fā)布于四川
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關(guān)于宇宙的誕生,科學(xué)界普遍接受的觀點是,大約138億年前,一個極小的體積、密度和溫度無限大的奇點經(jīng)歷了一次劇烈的膨脹。

經(jīng)過漫長的歲月演變,我們?nèi)缃袼姷降挠钪嬗纱硕鴣?。這就是所謂的宇宙大爆炸理論,盡管它最初只是個假設(shè),甚至帶有諷刺意味,但隨著越來越多的證據(jù)出現(xiàn),大爆炸理論逐漸被科學(xué)界廣泛接受,成為解釋宇宙起源的標(biāo)準(zhǔn)理論。

然而,大爆炸理論自身也有難以忽視的問題:在大爆炸之前,宇宙是什么樣的?或者說,那個導(dǎo)致大爆炸的奇點是如何形成的?根據(jù)大爆炸理論,普朗克時間是時間存在的最小單位,大爆炸的瞬間誕生了時間與空間。在這之前,不存在時間概念,因此探討“大爆炸之前”似乎失去了意義。

盡管這種解釋看似完美,但它并不能讓所有人滿意,因為其似乎帶有強制性,讓我們停止對大爆炸前的探索,這與人們內(nèi)心深處的因果法則相沖突。我們習(xí)慣性地認(rèn)為,有果必有因,宇宙的誕生也應(yīng)該有其原因。那么,大爆炸的“因”是什么呢?

遵循因果關(guān)系,我們不得不懷疑,在宇宙誕生之前,肯定存在某些東西或狀態(tài)。畢竟,宇宙不可能真的“無中生有”。

在此基礎(chǔ)上,物理學(xué)家彭羅斯提出了備受矚目的“共形循環(huán)宇宙學(xué)理論”,他認(rèn)為我們的宇宙不斷地經(jīng)歷大爆炸,并且這種過程是循環(huán)往復(fù)的。

彭羅斯在一篇論文中提到,黑洞會釋放出“霍金輻射”,這種輻射有可能從我們的宇宙?zhèn)鞑サ搅硪粋€宇宙。而黑洞在未來的共形壓縮會導(dǎo)致這種輻射高度集中,最終在我們的宇宙中形成一個點。

彭羅斯進(jìn)一步解釋,宇宙微波背景中存在一些奇特的同心圓。通常情況下,宇宙微波背景顯示的宇宙是大致各向同性的,即從各個方向看都差不多,平均溫度約為3開爾文。然而,某些點的溫度會與周圍有所不同,這些溫度差異會導(dǎo)致物質(zhì)的波動,并最終形成星系和其他宇宙結(jié)構(gòu)。

這些同心圓或圓圈被認(rèn)為是霍金點,它們是大爆炸發(fā)生前的明顯跡象。

彭羅斯的宇宙循環(huán)理論雖然復(fù)雜,但我們可以用更易理解的方式來描述它:宇宙大爆炸發(fā)生后,開始以超光速膨脹,導(dǎo)致星系間距離不斷增大,最終形成“宇宙孤島”。而另一方面,星系內(nèi)部的引力作用促使物質(zhì)不斷坍縮,形成恒星和黑洞。

例如,我們銀河系的中心就存在一個質(zhì)量巨大的黑洞,約為太陽質(zhì)量的400萬倍。

盡管宇宙不斷膨脹,但這并不意味著所有星系都會彼此遠(yuǎn)離。在某些局部區(qū)域,星系間的引力作用仍可能占主導(dǎo)地位。例如,我們的銀河系和仙女座星系正逐漸靠近,預(yù)計在35億年后會發(fā)生碰撞,形成一個更大的黑洞。

關(guān)鍵的問題是,宇宙的膨脹會永無止境嗎?研究表明,暗能量是推動宇宙膨脹的罪魁禍?zhǔn)?,約占宇宙總量的70%。但暗能量的存在并不意味著宇宙會永遠(yuǎn)膨脹下去。因為任何膨脹都需要消耗能量,宇宙也是如此。例如,要使氣球不斷變大,就需要不斷為其充氣。

這表明,隨著宇宙的膨脹,其能量會逐漸減少,到達(dá)某一臨界點時,宇宙膨脹會停止。那么,這是宇宙的末日嗎?

答案仍然是否定的。當(dāng)膨脹停止,宇宙的能量已所剩無幾,無法維持空間結(jié)構(gòu),于是在引力作用下,宇宙開始收縮,最終回到初始狀態(tài),即“奇點”。隨后,新的大爆炸發(fā)生,新一輪的宇宙膨脹開始。

彭羅斯認(rèn)為,宇宙就是這樣不斷循環(huán)膨脹和收縮的過程,永無止境。而在大爆炸發(fā)生之前,肯定已經(jīng)存在某種東西,即使另一個宇宙,也不是空無一物。

支持彭羅斯理論的一個著名定律是熵增定律,也被稱為熱力學(xué)第二定律,它給人類帶來了絕望的啟示。

熵增定律指出,宇宙誕生時是一個低熵狀態(tài),隨后熵值不斷上升,宇宙變得越來越混亂,最終達(dá)到無序狀態(tài)。隨著宇宙的熵值增大,空間越來越不穩(wěn)定,最終開始收縮,形成黑洞,吞噬所有物質(zhì)轉(zhuǎn)化為純能量。隨著黑洞通過霍金輻射蒸發(fā),整個宇宙變成純能量的空間,能量進(jìn)一步坍縮,直到奇點,再次發(fā)生大爆炸,開始新一輪的循環(huán)。

彭羅斯的宇宙循環(huán)理論雖然能夠解釋大爆炸之前的狀態(tài),但并未得到科學(xué)界的廣泛認(rèn)同,主要是因為循環(huán)理論看上去過于奇特,給人一種無始無終、無限循環(huán)的感覺,如同“俄羅斯套娃”,沒有起點也沒有終點。

更重要的是,循環(huán)理論缺乏有說服力的證據(jù),關(guān)鍵證據(jù)可能與黑洞有關(guān),但黑洞的特殊性質(zhì)使得科學(xué)家很難對其進(jìn)行直接研究。

除了循環(huán)理論,還有其他理論試圖解釋宇宙的起源,如量子場論。

該理論認(rèn)為,宇宙的誕生是一次偶然的量子漲落,一次巨大的量子漲落。根據(jù)量子力學(xué)的不確定性原理,時間和能量之間存在一種關(guān)系,這意味著在極短的時間內(nèi),能量可能達(dá)到無窮大,而這種無窮大的能量正是宇宙誕生所需的。這樣的話,我們的宇宙可以說是一次“意外”。如果連宇宙都是意外產(chǎn)生的,那么我們?nèi)祟惍?dāng)然也是“意外”的產(chǎn)物。

當(dāng)然,還有其他理論試圖解開宇宙起源的謎團。宇宙起源問題是人類面臨的終極之謎,也許人類永遠(yuǎn)無法找到最終答案,或者根本就不存在一個確定的答案。但這并不影響人類對宇宙真理的探索,盡管我們可能永遠(yuǎn)無法觸及到宇宙的真正本質(zhì),但在這個過程中,我們必定能揭示更多宇宙的奧秘!

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