能量守恒和宇宙起源

能量守恒,是現代物理學的一個重要原理。很多人甚至把它當作公理來看待。

我寫這篇文章,並不是想挑戰這個原理。否定這樣一個物理學原理的可能性其實還是有的,不過那肯定遠遠超出了我的知識結構,就留給將來的人或是神去做吧。我想聊的,是由此產生的一個悖論。

首先,讓我們假定能量確實是守恒的,也就是說不管我們現在所知所能觀察的勢能,熱能,核能,還是我們所不知道所不能觀察的其它能量(比如說暗能量),它們的總量是不變的。換一句話說,宇宙的變遷,星係的興衰,人類的出生滅亡,都隻是形式上的變化,不會在根本上改變這個總量。

好了,問題來了。我們現在所認識的能量,本身是一個標量,也就是說沒有負能量的定義;那麽,把所有的已知和未知的能量加起來,這個總和應該是個非常大的值。具體有多大呢?這個肯定超越了我的認知。我甚至可以大言不慚地說一句,也超越了過去,現在,以至於在有限的未來,所有智慧生物的認知。但是,不管有多大,它總歸還是一個有限的正數值。

那麽,這個恒常不變的能量總值,它是從何而來的,它有起點嗎?這就是我所想到的一個悖論。為什麽說是一個悖論呢,如果我們假設宇宙是一個從無到有的變化過程,那麽這個從零能量到現在的能量總值的變化過程,它本身就有違於能量守恒的原理。如果從相反的角度來思考,如果宇宙不是從無到有,能量從一開始就是守恒的,那麽,最初的能量又是從何而來?

現在的大爆炸理論,是假設由一個奇點膨脹到現在的整個宇宙。根據能量守恒原理,那麽,這個奇點必須是有能量的,而且它的能量應該等於我們前麵所講述的總量。如果這樣的假設成立的話,那麽奇點的巨大能量從何而來?

當然,關於宇宙的起源,大爆炸理論隻是一種猜測。我覺得不管是何種理論,關於這個總能量的起源問題總是一個繞不過去的謎團。我自己的想法是,也許能量守恒原理僅適用於我們這個宇宙本身,並不適用於它之前或是之後的那些未知的領域。

當然,還有一些開腦洞的理論。其中的一個理論是這樣的,我們的宇宙,是一個無限開放係統中的一個子集。這個有點燒腦,我試著用佛家的思想描繪一下。佛家說一花一世界,假設我們的宇宙就是這樣的一朵花;而那朵花所屬的宇宙,有可能是另一個宇宙中的一朵花;以此類推。如果這是一個無限開放的係統,那麽,能量總和還是可以守恒,但是,這個總能量卻是一個無窮量。

還有一個理論,是無限循環假說。它的思路是這樣的,我們的宇宙,是由奇點的大爆炸產生的。經過萬億年的膨脹以後,這個宇宙就會開始收縮;在經過萬億的收縮,整個宇宙就會收縮到一個奇點。然後,新的一輪大爆炸,膨脹,收縮。這樣的過程,周而複始,無始無終。

除此之外,還有一個更複雜一點的假說。它的大致意思是,我們現有宇宙中的每一個黑洞,它所對應的,都是一個新的宇宙;隻不過,我們沒有辦法穿越黑洞的事件視界,去了解那個新宇宙中的任何信息;而那個新宇宙裏的智慧生物(如果有的話),也沒有辦法穿越黑洞的事件視界來了解我們所處的宇宙。同理,我們自己的宇宙,其源頭,則是另一個宇宙係統中的許許多多個黑洞中的一個。這就是一個多重宇宙的假說,和我前麵所提到的佛家的一花一世界倒是有異曲同工之妙。如果進一步推演一下,平行宇宙的概念,也可以套在這樣的假說裏麵。

多瑙提到的量子漲落理論,則是另一種假設。這個理論類似於我們現在所觀察到的在真空中隨機產生的正負電子對。通俗一點說,就是我們的宇宙,是由一片具有能量場的虛空所隨機產生的。不僅如此,這一片虛空還可以隨機產生出多重宇宙。記得以前和老槍兄交流過佛家所表訴的虛無是萬物本質的問題,我覺得這個理論也有異曲同工之妙。

現在的問題是,雖然這些個假說聽起來都花裏胡哨的不怎麽靠譜,但是要想在理論上證偽卻也很不容易,這是因為這些平行的宇宙,鑲嵌的宇宙,無限循環的宇宙,多重宇宙,它們彼此之間都是不可觀察,也是不能相互理解的,這也就是佛家所說的不可思議。這裏所說的不可思議,並不是說我們人類的智慧不夠,而是說我們沒有辦法獲取超出本宇宙之外的任何信息,也就無法想象另外那些個宇宙的表現形式和客觀規律。

我個人比較傾向於接受大千世界是無始無終的。我這裏所說的大千世界,不是單指我們現在所生存的宇宙,而是包括了前麵所討論的所有宇宙的總集或者說是無限集。當然,不管是什麽理論,僅僅就我們這個單一宇宙來說,在空間上是以億萬光年,在時間上是以萬億年為尺度的。

考慮這麽大時空尺度上的宇宙起源問題,就像那個誰說的,可不就是閑的發慌嗎

哈哈

 

所有跟帖: 

宇宙的能量總值是零 -波粒子3- 給 波粒子3 發送悄悄話 (167 bytes) () 06/28/2024 postreply 11:41:30

嗯,網友猜的很大膽,可惜沒有推理過程,願聞其詳 -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 12:58:16

古典力學的概念,位能是負的 -波粒子3- 給 波粒子3 發送悄悄話 (150 bytes) () 06/28/2024 postreply 13:04:56

在古典力學中,勢能是一個標量函數,是沒有方向的 -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 13:53:56

粒子的質量也沒有方向 -波粒子3- 給 波粒子3 發送悄悄話 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 14:19:00

不管是古典力學,還是現代物理學,都隻有能量守恒的定律,可從來沒有物質守恒的說法呀 -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 16:00:04

位能加質能為零 -波粒子3- 給 波粒子3 發送悄悄話 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 16:16:01

大爆炸不是猜測是廣義相對論推出來的那個我可以聊幾句。包括下麵陶三對量子力學力學這兩個字的質疑都不是隨便說的 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (87 bytes) () 06/28/2024 postreply 12:00:18

好呀,俺洗耳恭聽呀 :) 現代物理理論對廣義時空和量子力學一直不能達成統一,我很想知道有沒有最新的進展。還有,根據弦論 -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (56 bytes) () 06/28/2024 postreply 13:02:18

奇點的一個意思就是物理學原理在其上不存立。宇宙總能量為零也隻是個不負責任的取巧說法 -老鍵- 給 老鍵 發送悄悄話 老鍵 的博客首頁 (195 bytes) () 06/28/2024 postreply 13:19:45

對於宇宙總能量為零的假說,我自己也不是很信服。不過呢,這個能量守恒的悖論,還是不容易解決 -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 13:55:20

為什麽悖論一定要解決呢?這個物質世界和我們的生命充滿悖論,悖論解決了我們都成佛陀了 -老鍵- 給 老鍵 發送悄悄話 老鍵 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 14:01:31

哈哈哈,老鍵兄夠灑脫,真是天生有佛性呀 :) -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 16:01:21

我猜想,普天之下大概隻有佛陀一人明了宇宙是如何運作的,神又是什麽,但卻苦於無法用語言表達萬一,可憐見隻能拈花一笑 -老鍵- 給 老鍵 發送悄悄話 老鍵 的博客首頁 (108 bytes) () 06/29/2024 postreply 02:50:17

佛教佛學到今天疊床架屋,是最複雜的信仰係統,但有多少是來自佛陀的真傳呢?除了連串的如是我聞 -老鍵- 給 老鍵 發送悄悄話 老鍵 的博客首頁 (189 bytes) () 06/29/2024 postreply 03:02:19

老鍵兄所言的確是很一個很真實的現象。我自己是這樣看的,想要了解世界的本質,實現個人的解脫,本就是一件極不容易的事情; -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (1395 bytes) () 06/29/2024 postreply 06:15:48

平兄說的這麽多假設,我覺得是可以一鍋亂燉的,會不會,所謂大爆炸,就是啤酒液裏新吹出的一個泡泡? -陶陶三- 給 陶陶三 發送悄悄話 陶陶三 的博客首頁 (570 bytes) () 06/28/2024 postreply 13:37:30

你說的這個無邊無際的啤酒杯,為什麽不能是另一個宇宙係統呢?問題是,這個無邊無際的啤酒杯的起源是什麽? 在佛家的體係裏麵, -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (294 bytes) () 06/28/2024 postreply 13:58:04

空這個字,容易讓人想到什麽都沒有。從科學角度,從物理角度,更像是一個“場”。場是虛空的,但有能量,可以通過頻率,“產生” -陶陶三- 給 陶陶三 發送悄悄話 陶陶三 的博客首頁 (59 bytes) () 06/28/2024 postreply 14:40:34

關於空,很多人都有誤解。我自己的理解是,空,既不是空間的空,也不是空有的空, -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (680 bytes) () 06/28/2024 postreply 16:05:25

你這個理解的角度非常非常對解釋的不對 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 06/29/2024 postreply 08:11:50

能量守恒,物質守恒,星星都哪來的,有生於無? 狹義相對論說,E=mc2,質量和能量是同一物理實體,可以相互轉化。越想越蒙 -半坰- 給 半坰 發送悄悄話 半坰 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 15:42:38

物理學隻有能量守恒的原理,從來就沒有物質守恒這樣的說法。無中生有,不僅僅是假說或是理論,而是被實際觀察到的物理現象 -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 16:07:53

化學家用物質守恒平衡化學反應方程式 -波粒子3- 給 波粒子3 發送悄悄話 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 16:28:20

維基百科:質量守恒定律(law/principle of conservation of mass)是自然界 的基本定律 -半坰- 給 半坰 發送悄悄話 半坰 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 17:04:59

所謂自然界的基本定律,是需要看應用範圍的。如果說是在化學反應的封閉環境,質量守恒還算是成立的。在相對論力學誕生以後,我們 -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (449 bytes) () 06/28/2024 postreply 18:40:16

維基百科:能量守恒(總能量,包括靜止能量)及質量守恒(總質量,不止是靜止質量)在相對論下仍然成立,而且是等效的定律 -半坰- 給 半坰 發送悄悄話 半坰 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 19:00:54

我們都不是玩理論物理的,你網上抄一段,我網上抄一段,大家都 Open Minded 就好。 -半坰- 給 半坰 發送悄悄話 半坰 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 19:15:32

俺的確不是玩兒理論物理的,不過說到抄書,您看俺這裏哪一段是抄的?俺倒不是說抄書不好,隻是俺有職業病,沒這個習慣 :) -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 19:46:49

維基百科:量子力學中並不遵守能量守恒,而在狹義相對論中能量守恒定律會轉換為質能守恒定律。 -半坰- 給 半坰 發送悄悄話 半坰 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 21:04:01

這個俺還真不知道,謝謝分享,長見識了 -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (0 bytes) () 06/29/2024 postreply 01:49:31

請解釋,無中生有是怎麽觀察到的?人有限的觀察力,是不可能通過觀察確定*無*的。沒看見,能排除*有*嗎? -半坰- 給 半坰 發送悄悄話 半坰 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 17:10:22

從前,也沒人看見細菌,分子,原子。 -半坰- 給 半坰 發送悄悄話 半坰 的博客首頁 (0 bytes) () 06/28/2024 postreply 17:30:29

網友講到了一個關鍵,那就是該如何去定義“無”。以前的人類,認為隻要是不能直接觀察的,就是“無”。這樣的理解當然是片麵的; -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (762 bytes) () 06/28/2024 postreply 18:49:22

聽說的,沒細究過:真的和道家有關,一開始啥都沒有,然後無中生有,生出來正能量和負能量,正物質和負物質,正負相加等於零 -久經沙場的槍- 給 久經沙場的槍 發送悄悄話 久經沙場的槍 的博客首頁 (0 bytes) () 06/29/2024 postreply 01:40:02

我一直不太理解這個負能量。正負物質好理解,結構相同,質量相同,隻是電荷相反,但是,依照質能方程,都是正能量呀 -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (0 bytes) () 06/29/2024 postreply 01:54:44

科學家,為了補一個窟窿,得挖十個新窟窿出來。 -久經沙場的槍- 給 久經沙場的槍 發送悄悄話 久經沙場的槍 的博客首頁 (230 bytes) () 06/29/2024 postreply 02:55:57

俺現在寫文章,都是用的Google Docs。我一般是先在那裏把文章寫好了,再貼出來。這幾年試過不少的字體和排版格式, -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (104 bytes) () 06/29/2024 postreply 06:21:14

正整數? -老歌好聽- 給 老歌好聽 發送悄悄話 老歌好聽 的博客首頁 (0 bytes) () 07/04/2024 postreply 06:21:00

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