虚空奇点

时间:2024-09-11 01:37:57编辑:分享君

既然宇宙能无中生有,奇点是不是违反了能量守恒定律呢?

教科书上都写着宇宙诞生于一次大爆炸,所有的物质、空间甚至时间都来自于这次大爆炸,但在绝大部分科普资料限于篇幅,并没有交代为什么会产生这些物质与时空,下文就花个几分钟给大家交代下。物质能无中生有吗?很多朋友认为爱因斯坦质能方程就已经明确地告诉我们,要么物质转换成能量,要么能量转变成物质,两者只是表现方式的不同,可以理解成物质的一体两面!当然这并没有什么问题,我们先从质能等价的角度来讨论下宇宙中物质的来源。宇宙大爆炸论最早是勒梅特提出的,当然勒梅特可不是拍脑袋想出来的观点,而是在几十年前和苏联科学家弗里德曼不约而同的假设宇宙各向同性,通过爱因斯坦的引力场方程发现宇宙居然是动态的,即使加上了所谓的可以让宇宙保持静态的宇宙常数。星系红移示意图而且哈勃哈在后来发现了遥远星系的红移,而且与距离成正比,史称哈勃-勒梅特定律,而勒梅特则在后来提出了宇宙大爆炸理论!认为宇宙可能诞生于一场大爆炸!证据呢?毕竟宇宙发生了那么大一场爆炸总得留下点什么证据不是?所以伽莫夫认为宇宙大爆炸初期发生了最初的核聚变过程,宇宙中最原始的物质就来自于那次大爆炸,而各个物质的比例则可以和宇宙膨胀的速度推测出来。另外拉尔夫·阿尔菲和罗伯特·赫尔曼则认为既然发生过大爆炸,那么肯定在宇宙的某处还遗留了大爆炸后的余晖!后来大家都知道了,射电望远镜的发展证明了宇宙中弥漫的很多星云都是大爆炸留下的原初物质,比例非常符合计算,而宇宙微波背景的发现则表示宇宙中真的存在大爆炸留下的余晖!所以无论我们信不信宇宙有没有过那次大爆炸,至少我们现在找到的证据比如宇宙膨胀反推,物质比例,还是大爆炸的余晖等,因此我们姑且信之吧!这是大爆炸的证据,以下我们来简单说说物质诞生过程:大爆炸物质诞生过程种花家整理成了一张简单的表格,各位可以简单了解下物质诞生的过程,其实在10^-12秒之前的事情统统都是推测,因为即使是地球上最先进的对撞机也仅仅只能模拟在其之后的事情,但总的来说,物质从中诞生了,这点应该是可以肯定。而且在2011年美国布鲁克林国家实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)已经实现了夸克相变温度的撞击实验,这也是理论模型的验证,假如未来有比这个能级更高的对撞机,那么将可以模拟更早期的宇宙状态。量子论的角度来理解奇点的诞生上文已经确认了物质诞生的过程,但这并不能解决我们的疑问,吃瓜群众的必定有一个问题,奇点是怎么来的,尽管从现实角度来说没有意义,因为这已经追溯到了宇宙还不存在的时刻,但现代科学来说仍然试图解决这个问题:奇点对于广义相对论和量子论都是失效的,那么就会有一个非常尴尬的境地,我们用什么物理规律来解释它?因为随后的暴涨将会产生任意着一种可能,或者这个问题会变成,在物理规律诞生以前,它们就注定了吗?比如四大基本作用力?因此科学界尽力在避免广相中推导出来的引力奇点出现,而量子引力论则有希望避免奇点的产生,比如弦理论中膜宇宙模型,描述的宇宙就是膜碰撞产生。不过当前比较取得一致的是宇宙可能是某个非常小的区域暴涨而来,海森堡不确定性原理告诉我们,时间T越确定,那么能量E就会越不确定,那么在很短一瞬间里,真空中也会有极大的能量起伏,因此我们看似空无一物的真空无时不刻都沸腾着能量。上世纪六十年代,有科学家提出了一种观点:引力的能量是负数,这个假设下整个宇宙立即将会变得非常奇妙,因为在极端的时间内真空中产生的能量,他们彼此之间又形成了引力场,两者刚好互相抵消,那么总能量还是零,并没有破坏能量守恒定律,但要命的是物质就从空无一物的真空中产生了!而且很多科学家都相信这一理论,量子效应无中生有,却仍然保持能量守恒,而且还在力的作用下指数级膨胀到整个宇宙!麻省理工的阿兰古斯就根据这个量子效应论推出了他的暴涨理论!

我们的宇宙产生于奇点,如何理解?

#媒体人周刊#

奇点通常就是零点,数学上只能这么定义这个点。在特殊的事物中,有异常的叙述。物理奇点定义为时空无限弯曲的一个点:存在却无法描述。

它通常指物理学中的奇点,也就是大爆炸理论所说的起始点。宇宙是从这一点爆炸后膨胀而成,奇点在炸开时不存在,但又是一个密度无限大,能量为弦的聚集地,物理定律在奇点的一切解释都苍白无力,称为物理学定律失效。

而宇宙背景辐射证实宇宙大爆炸真实存在,我们也看到了黑洞坍缩会在宇宙中诞生奇点,时空在那里无限弯曲。可以猜想奇点存在于黑洞中央,时间和空间难道真的是错觉?

若时空是连续的,奇点便趋向于更高的维度之中。量子理论对微观的描述与相对论对宏观的诠释,都无从处理物体小于普朗克长度,时间短于普朗克时间的奇点,已知的物理学定律,包括广义相对论全部失效。

这意味着,我们没有找到合理方式与设想,奇点是一个任何事物都会诞生的地方吗?

弦论的诞生是试图解决量子力学与相对论不能解决的问题。它的基本观点是:自然界的基本单元是很小的线状能量弦。与粒子世界的区别在于弦振动,弦理论是试图描述整个宇宙的简单方式 。

然而,弦理论非常难以验证,必须找到宇宙存在的其他时空维度。这些维度既然存在,却在非常小的空间,也就是量子世界能发现它们的影响。

粒子学说认为所有物质是由点状粒子所组成,成功的解释了许多物理现象,一样无法解释奇点。量子世界无引力,奇点的超级密度来自哪里。只有来自四维时空之外的其它维度,超强的引力就很自然出现了。

加速器实验室质在观察微观粒子的转变,存在一个无法解释的异常现象:世界上还存在另一种中微子,它能穿越维度。

这种粒子就是惰性中微子。弦理论确信其他维度存在,这样,引力与量子力学可以说是高维度的体宇宙包容其中。有一些特殊的粒子可以自由出入,也许是引力子和惰性中微子等。

既然这样,就可以在一个确定的维度之中炸开我们的宇宙了。它存在于一个未知的维度,在没有炸响之前,不存在我们的世界,却在另一个世界蕴藏了巨大的能量,在引爆点没有打开之前,也就是那扇门还没有打开。

随着一声巨响,致密炽热的奇点适时爆炸,大约时间一百三十七亿年前。宇宙诞生的时间是零后面三十个零分之一秒,膨胀了倍数是十后面二十二个零,几乎瞬间膨胀到了银河系的百万倍的大小。

此刻,空间中的正反物质开始湮灭,幸存的正物质在我们的宇宙偏多,宇宙开始冷却,直到引力可以分离出来独立存在,宇宙中的红移现象,说明它还在继续拓展空间。大爆炸后十至三十五秒,引力已分离,我们的世界由夸克、玻色子、轻子的尘埃落定之后形成。

温度开始冷却。大爆炸后零点零一秒,从1千亿度开始,三十五分钟后,降温至三亿度左右,原子核合成过程停止,尚不能形成中性原子。大爆炸在缓慢的三十万年之后降至约三千度,宇宙主要成分为氢元素,至今仍占大约百分之九十二,氦及其他元素仅仅占了百分之八。在引力作用下元素开始凝聚形成恒星和恒星系。

大爆炸理论认为宇宙从一个点形成,许多人不信。最好方式是打开了一个诞生的门户,由能量转换成为如今的星系密集的宇宙。

膨胀中的宇宙空间还在伸长,这一事实看上去似乎是宇宙还在生长,诞生宇宙这一刻已经决定了我们的世界由什么组成,从某种意义上说,宇宙是一粒种子,是花草还是树木已经早已决定。


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