早上看到平等性網友的文章宇宙的起源和不可思議
感謝平等性網友提出的有深度的問題!
其實這還是那個“先有雞還是先有蛋”的問題。進化生物學家可能會回答,雞和蛋是一起經過數十億年從單細胞生物進化而來的,所以沒有誰先誰後的問題。
OK, 假設那是正確的。那麽請問最初的單細胞生命從哪裏來的?
古生命學家可能說,哦,根據現有證據和理論,最初的單細胞生物可能是某個潮汐池的淤泥裏有些有機物聚合偶然形成的。
所以,先有雞,還是先有蛋,答案一直往前推,很可能是一個自然界的“偶然”或者“巧合”。
當然,還有些人堅信,地球上的生命來自宇宙空間。地球形成之前多少億年,某個高度文明的世界發生爆炸,或者嚴重災難。一塊帶有生命孢子的隕石經過很多億年的遊蕩,被地球引力捕獲,墜落在地球表麵,給地球帶來了生命。
當然,這種說法即無法證實,也無法證偽。 就好比我說習派人暗殺了李克強,有證據嗎?沒有!但是你有證據說我是胡說嗎?也沒有!
不管是生命在地球上自發生成,還是宇宙裏來的孢子,先有雞還是先有蛋的問題隻不過是進一步往遠古推了而已。但是,就算你再怎麽推,到137億或者140多億年前,你會碰到一個終點。這個點就是所謂的“宇宙大爆炸”。再往前推是不可能的,因為我們所在的宇宙不存在,我們所在的空間不存在,我們所在的時間也不存在。時間既然從大爆炸才開始,那麽就沒有什麽“之前”怎麽樣這麽一說。這就好比你試圖尋找比絕對零度更低的溫度一樣,沒有意義。因為所謂的溫度就是粒子的熱運動。在絕對零度粒子已經靜止不動沒有熱運動了,你不可能去找到比靜止更沒有熱運動的狀態。
那麽我們刨根問底把先有雞還是先有蛋問題推到極致。如果把大爆炸發生的那個點,那個奇點,那個SINGULARITY,看作一個蛋,一個孵化出整個我們所存在的宇宙的一個蛋,這個蛋是哪裏來的?哪隻雞下的?這隻雞現在在何處?
還有,正如平等性網友提到的,既然宇宙物質和能量守恒,那麽這個奇點應該已經包括了整個先有宇宙的物質和能量。 正如張高麗同誌每次用不到兩分鍾發泄完,在彭網球明星還沒有得到滿足的時候不得不扯開話題談宇宙多麽多麽大,我們就好比宇宙中的一粒沙,宇宙確實大得超乎想象。我們的地球在太陽係裏隻占很不起眼一點點的質量和體積; 我們的太陽係在銀河係中又是滄海一粟;我們的銀河係在本地星係群中算是老二(仙女座星雲是老大,至少比我們銀河係大三倍),但是本地星係群在我們這個區域的宇宙中又是不起眼的一個小角落。如果說我們可視宇宙是一片幾十公頃大的葡萄園的話,我們的本地星係群(包括銀河係)就好比一條葡萄藤上的一小串葡萄(我們銀河係是這串葡萄中第二大的一顆葡萄)。 據科學家計算,我們可以看到的宇宙,又叫可視宇宙,大約是有一百多億光年的半徑的一個球體。但是,根據宇宙曲率計算,可視宇宙僅僅是全部宇宙的極小一部分。有估計甚至是十的55次方分之一。如果說全部宇宙是地球上所有沙子的量的話(包括海灘,沙漠等等),我們的可視宇宙僅僅是一粒沙子的大小。所以,這麽大的一個宇宙,這麽多的物質和能量,能從那麽小的一個奇點來,是非常匪夷所思的。
多年前(上世紀90年代?)我讀有關大爆炸的書的時候,總是看到奇點是一個體積無限小,能量無限高,溫度無限高的一個點。無限這個東西非常嚇人,尤其是對那些學過高等數學的。一般人的邏輯是無法理解“無限”這個概念的,因為我們平常生活中根本碰不到“無限”的東西(除了那些“無限”公司)。 打個比方,貝索斯,馬斯克夠有錢的吧。他們的幾千億美元財產,在外星人大佬擁有幾個星係的財富麵前,簡直是大海中的一滴水都不如。但是外星人大佬的財富,跟無限比起來,是無窮小。不僅僅如此,任何有限多的財富,在無限麵前,都是無窮小,無窮少。所以,我這愚笨的小腦袋瓜,每次想到無限的概念,就生疼生疼地好像痛經了一樣。
進入了21世紀,主流科學界的觀點有所變化。奇點不再是一個“無限小,無限高”的點。如果奇點有無限高的能量,那麽意味著奇點演變出來的宇宙也有無窮多的物質(能量可以轉化為物質),這無窮多的物質本身會產生無窮大的萬有引力,在宇宙膨脹初期體積比較有限的時候無窮大的引力會使所有物質迅速塌縮成一個巨大的黑洞。那麽如今宇宙就是一個黑洞,黑洞的中心仍然是一個奇點,黑洞的奇點。根據目前主流科學界的觀點,宇宙是有限的,而不是無限的。讚美上帝,我的小腦袋瓜終於從被”無限“概念困擾的痛經中被解救出來。
就算奇點是一個各方麵都比較有限的點,它也畢竟膨脹出我們今天的宇宙。這個奇點包含了我們當今宇宙所有的物質,能量,空間甚至時間。 從冥冥虛無之中突然蹦出來這麽一個高能的奇點,本身也是比石頭縫裏蹦出齊天大聖奇跡得太多太多的奇跡。還是本文標題中的問題,這個奇點,這個本宇宙最原始的蛋,是怎麽來的?哪隻雞下的?那隻雞呢?
我們現有科學是基於我們這個宇宙中被觀察到的宇宙定律的。假設宇宙之初的奇點誕生於一個本宇宙之外的母宇宙,有其他的宇宙定律支配,那麽該母宇宙的定律是什麽,我們無從知道。也許在那個奇異的母宇宙中,隨機出現一個高能奇點並不是啥很難的事兒。我們現實世界中天上突然掉餡餅,或者意大利肉丸子(cloudy with a chance of meatballs),是幾乎不可能發生的事情。但是在另外一個我們無法想象的母宇宙,也許是很稀鬆平常的。 還有信教的朋友說,母宇宙也許存在著高等智慧,可以根據他們掌握的高深技術創造定做最適合我們人誕生的子宇宙,然後將其兒子送到我們地球上被野蠻人釘在十字架上替野蠻人贖罪。還有科學家推測(或者拍腦袋瞎琢磨),母宇宙也許無窮大,而且永遠存在沒有開始也沒有結束。又是一堆無窮,我的小腦袋又開始痛經了。
以上所說的,基本上已經不屬於科學的範疇,而是屬於宗教了。科學需要的是可以驗證的理論。 母宇宙存不存在,如果存在是啥樣兒,或者母宇宙中的高等智慧(別名上帝)是否存在,都是我們無法驗證的。就好比林副統帥說葉群碰到他之前是純潔的處女,到底是不是?我們無法驗證。要麽選擇信,要麽選擇不信。當然啦,如果是至高無上的神,比如老毛,可能會說“葉群?純潔的處女?哈哈哈哈!". 但那是神才有的信息,我們普通人無法知曉。我們隻能選擇“信”或者“不信”,一個信仰問題。
如果我們非要用我們常人的小腦袋瓜,用先有的已知宇宙的自然規律來解釋奇點的誕生,也不是完全不可能。根據量子理論,完全空無一物甚至能量為0的真空也會充滿量子起伏,在虛空之中產生量子和虛擬量子對。這量子和虛擬量子對不斷地自然產生,然後在極短的時間互相湮滅。量子的能量為正,虛擬量子的能量為負,量子對的總能量為0,存在時間極短,不違反任何物理定律。實際上,上個世紀有些科學家做的精心設計的實驗證實了這些真空中自然發生的量子/虛擬量子對的存在。所以,真空並不是空的,而是充滿了這些量子/虛擬量子對。霍金的黑洞蒸發理論也是基於這些量子/虛擬量子對的存在而提出的。我們宇宙之初的這個奇點,這個最原始的蛋,也許就是這樣在虛空中產生的一個量子/虛擬量子對其中的量子。但是這個量子因為某種原因具有很高的初始能量,而且沒有迅速與跟它配對的虛擬量子湮滅。一般來說,從真空中產生的量子/虛擬量子的能量都極低。但是如果有足夠長的時間,也許有個別量子/虛擬量子對會有比較高的能量。這就好比海邊的浪花一般都是小浪花,但是如果你觀察的時間足夠長,偶爾會有巨大浪花產生。
那麽這樣一個有限能量,偶然產生的量子,是如何大爆炸演變成我們的宇宙的?
這就需要其它理論了。根據目前的大一統理論,支配宇宙的基本作用力有3種,分別是萬有引力,電磁力-弱相互作用,強相互作用。100年前科學界以為電磁力和弱相互作用是兩種力,目前我們已經知道這倆其實是一種力在不同情況下的兩種表現形態。科學界已經在試圖把強相互作用也統一在電磁-弱力裏,但是那還需要非常高的能量和我們目前完全不可企及的技術手段。可以想象,在宇宙誕生之初的那個火球中,能量是可以達到統一電磁-弱力和強相互作用力的程度的。那麽,有科學家問,有沒有可能剩下的那個萬有引力,也可以統一在電磁-弱-強相互作用力之中,也就是說宇宙中隻有一種基本力? 根據計算,如果要統一萬有引力,需要難以想象高的溫度和壓力,密度,隻有宇宙誕生之初的那個奇點有可能存在這樣的條件。反過來想,就是當奇點出現的時候,所有三種力是統一在一起的。之後,隨著奇點開始膨脹,溫度壓力開始下降,萬有引力很快就脫離統一力而成為單獨的作用力。這種萬有引力的脫離產生了一種宇宙“相變”。為了幫大家想象什麽是宇宙相變,我舉個例子。比如說有一杯純淨水被冷卻到遠低於冰點。如果水很純,你會發現本來水應該結冰,但是這杯超冷的水沒有結冰。這個時候,如果你用一個小勺子進去攪動一下,你會發現整杯水立刻結成冰塊,而且釋放出大量的熱。 這個過程就是一個我們日常生活中可以觀察到的相變。超冷的純水本來應該結冰,但是因為缺乏凝結核,或者缺乏一個擾動,就無法結冰。同樣,在宇宙初期,當萬有引力脫離其它兩種作用力的時候,也產生了一個擾動,這個擾動造成整個宇宙發生一個相變,釋放出巨大的能量推動宇宙膨脹(大爆炸)。 據估計,在奇點剛開始膨脹的時候有一段指數增長期,英文叫INFLATION。 那個比誇客還小的奇點,在有限的數秒鍾之內,膨脹到比銀河係還大的體積。這個指數膨脹,隻能由相變產生的能量來推動。這些能量不僅僅推動了宇宙初期的大爆炸,而且形成了如今宇宙中絕大多數可觀測的物質和正能量。這樣的話,最初的那個奇點,也許不需要極高的能量,隻要高到能產生萬有引力剝離就可以了。
那麽相變釋放的這巨大的能量從哪裏來呢? 也不是憑空產生的,因為那樣仍然會違反質能守恒定律。如今科學界認為最有可能的能量來源是跟暗能量配對產生的。當今可以觀測的宇宙,隻有2~3%是物質,另外大概25%是暗物質。剩下的絕大多數,大概占70%強,是暗能量。這個暗能量到底是啥,我們目前還不知道,隻知道它是一種推動宇宙加速膨脹的能量。既然是加速宇宙膨脹,那麽一定是一種負能量,因為正能量是要導致宇宙膨脹減速甚至開始收縮的能量。而且,根據天文觀測,暗能量似乎是隨著時間流逝越來越強。目前暗能量占整個宇宙的70%左右。在宇宙誕生之初,也許暗能量這種負能量和宇宙中的物質,暗物質,輻射等正能量正好相等。也就是說在宇宙初期,正能量和負能量之和是0。 整個宇宙誕生於一個隨機的量子起伏產生的量子,總能量為0, 因為萬有引力剝離產生的相變造成大爆炸的早期INFLATION。 相變導致的inflation結束之後宇宙由暗能量推動接著膨脹,進而演化成我們今天的宇宙。質能守恒定律,除了一開始那個奇點的產生,都得到了很好的遵守,因為宇宙初期很長一段時間整個宇宙的總能量是0.
上麵這種觀點是當今科學界的主流觀點之一。也許正確,也許不正確,還有待後人繼續研究。邏輯上,我認為它是沒有明顯漏洞的。如果這種觀點能被後人證實的話,我們的宇宙一開始來自於一個不知哪個幾角旮旯冒出來的蛋,這個蛋突然爆炸,但是蛋裏的全部物質和能量正好跟引起爆炸的負能量抵消。這就是我們的由來。
當然,時至今日,負能量,也就是那“暗能量”,已經逐漸變強,占了宇宙的絕大部分。很久之後的將來也許會發生big rip。 我們人類早就不在了,地球太陽係也不在了,到時候愛誰誰吧!
回複 '紅米2015' 的評論 : 謝謝評論。那個虛擬量子在我們的宇宙之外,所以我們不需要知道。
這不等於說能量可以憑空產生嘛。
1.一個生命是從蛋開始,然後變成雞;
2.這個過程在雞,這個種類,也是如此:即先有蛋的突變;
3.整個生命過程也是先從“蛋”開始的。