宇宙源于“惹是生非”,那么大爆炸之前发作什么?
在探究宇宙来源的漫长征程中,宇宙大爆炸实际作为以后的主流认知,为我们描画了一幅宇宙从火热致密奇点降生并不时演化的庞大图景。
但是,这一实际好像一切迷信实际一样,并非白璧无瑕,仍存在诸多亟待解答的谜团,而暴胀实际的提出,为我们掀开宇宙奥妙的面纱提供了全新的视角。
宇宙大爆炸实际以为,我们的宇宙起源于约 138 亿年前的一次奇点大爆炸。
但这一实际面临着几个关键难题。其一便是宇宙的 “各向同性” 之谜,即无论我们在太空中朝着哪个方向观测,所看到的宇宙微波背景辐射温度、星系散布等特征都简直分歧,似乎宇宙在极早时期就已完成了完满的平均化,这与大爆炸后物质分散的速度限制相矛盾。
其二是宇宙空间的平整性成绩,准确的地理观测标明宇宙的曲率简直为零,空间呈现出近乎完满的平整形态,而依据大爆炸实际的初始条件,这种极端平整的形态呈现的概率极低,宛如让一支铅笔永远坚持直立般不可思议。
这些成绩的中心都指向了那个奥秘的奇点。
奇点被以为是一个体积无限小、密度无限大、时空曲率有限高的存在,但是一旦触及奇点,以狭义相对论和量子力学为支柱的古代物理学便会堕入生效的窘境,无法对其性质和行为停止描绘,这无疑是宇宙大爆炸实际最深入的瑕疵。
为了补偿这些缺陷,20 世纪 70 年代,物理学家阿兰・古斯提出了震撼学界的暴胀实际,为宇宙大爆炸实际注入了新的生机。
该实际的核心思想可谓大胆而巧妙:宇宙的来源并非来自一个早已存在的致密奇点,而是源于一种 “惹是生非” 的创生进程,这一理念与我国现代经典《道德经》中 “天下万物生于有,有生于无” 的哲学思想竟有着惊人的契合,展示了跨越千年的智慧共鸣。
要了解暴胀实际中 “惹是生非” 的奥妙,必需借助量子力学的巧妙世界。
在量子力学的框架下,所谓的 “无” 并非是相对的空无一物,而是蕴含着深邃的物理外延。依据海森堡的不确定性原理,在极短的时间尺度内,能量可以呈现长久的崎岖,这种崎岖会招致 “真空零点能” 的存在。
也就是说,即便在看似空无一物的真空中,也一直存在着量子涨落,会随机衍生出各种虚粒子对,如电子和正电子、夸克和反夸克等,它们好像从 “能量借贷” 中降生,在长久存在后又迅速湮灭,将能量出借,似乎从未呈现过普通。
这种虚粒子对虽然难以被直接观测到,但科学家们经过巧妙的实验证明了它们的存在,其中最著名的便是卡西米尔效应。
在真空中放置两个靠得十分近的平行金属薄片,由于薄片内侧的空间狭小,限制了长波长的虚粒子对的发生,而外侧的虚粒子对则不受此限制,从而构成了一种向外的压力,使得两个金属薄片互相吸引。这一实验后果确凿地证明了真空并非真的 “什么都没有”,而是充溢了活泼的量子涨落。
更为关键的是,真空自身具有极性,这意味着真空在部分范围内存在着不对称性,虽然从全体上看它是对称的。这种部分的不对称性招致了真空的不稳定性,它会自发地发作破缺,朝着能量更低、更波动的 “基态” 演化。在这个破缺的进程中,会释放出宏大的能量,而这种能量发生的超强斥力,正是推进宇宙发作暴胀的原始动力。
暴胀发作的工夫极端长久,大约只继续了 10^(-36) 秒到 10^(-32) 秒之间,但在这转瞬即逝的霎时,宇宙阅历了一场超乎想象的急剧收缩。
打个抽象的比如,这就好像将一粒尘埃的尺度在霎时缩小到 10 倍于我们银河系的大小,其收缩速度之快,远远逾越了光速(需求留意的是,这并不违背相对论,由于相对论限制的是物质和信息的传播速度,而空间自身的收缩并不受此限制)。
当暴胀完毕后,宇宙并没有中止收缩,而是进入了一个绝对迟缓的收缩阶段,此时宇宙的形态是一个高度致密、炙热的等离子态,这便是我们通常所说的宇宙大爆炸时期的开端。暴胀实际的提出,巧妙地处理了宇宙大爆炸实际中的几个关键难题。
关于宇宙的各向同性,暴胀进程使得本来十分小的一个区域被急剧缩小,这个区域内的物理性质变得平均分歧,从而解释了我们明天观测到的宇宙在大尺度上的平均性;关于宇宙的平整性,暴胀的指数级收缩效应就像拉伸一张皱巴巴的纸一样,将宇宙的曲率 “熨平”,使得空间趋近于平整;此外,暴胀实际还成功处理了视界成绩,即为什么在宇宙中相距悠远的区域会具有相反的物理性质,这是因为在暴胀之前,这些区域已经处于一个可以相互影响的小区域内,暴胀将它们拉开到了如今的间隔。
随着对宇宙的深入研究,物理学家们发现,宇宙不只在收缩,而且收缩的速度还在不时放慢。
经过少量的观测和实际剖析,科学家们推断出主导宇宙这种减速收缩的 “首恶” 是一种被称为暗能量的奥秘存在。令人诧异的是,暗能量的性质与暴胀实际中所触及的真空能量有着惊人的相似之处,它被以为正是不时衍生出来的真空能量,这一发现进一步印证了暴胀实际的合理性,也提醒了宇宙演化过程中能量方式的巧妙转变和延续。
基于暴胀实际的进一步推演,一个愈加令人遥想联翩的图景展示在我们面前 ——“多重宇宙” 实际。
依据这一实际,“惹是生非” 的暴胀进程并非只发作一次,而是能够在不同的时空区域随时发作、随时完毕,每一次暴胀的完毕都随同着一个新宇宙的 “大爆炸” 降生。这些宇宙就好像一个个在 “宇宙陆地” 中不时被吹大的泡泡,彼此独立,各自遵照着能够不同的物理规律,它们之间没有直接的互相纠缠和影响,宛如一个个孤单的孤岛漂浮在浩瀚的时空之中。
面对如此庞大而奥秘的宇宙图景,一个自然而然的成绩显现出来:将来的人类能否有才能前往其他的多重宇宙呢?从目前人类的科技程度和对宇宙的认知来看,这无疑是一个极端悠远的成绩。单单是我们所在的这个宇宙,就曾经广袤得让人难以想象,其中包含的奥妙,如暗物质的实质、黑洞的内部结构、宇宙的终极命运等,都等候着我们去探究和揭开。
或许,关于当下的人类而言,最重要的是坚持对宇宙的敬畏和猎奇,不时开展科学技术,深化对宇宙的认知。每一次对宇宙奥妙的提醒,都能够为我们翻开一扇通往未知世界的大门,让我们离了解宇宙的终极实质更近一步。在这个探究的进程中,我们不只在追随宇宙的来源,也在考虑人类在宇宙中的地位和意义,这或许正是迷信探究最深入的魅力所在。