宇宙是如何誕生的?
現代主流理論認為,我們的宇宙起源于138億年前的一次大爆炸,一個體積無窮小,溫度密度無限高的奇點急劇膨脹,經過漫長時間的演化,才有了我們今天看到的世界。
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這就是宇宙大爆炸理論,雖然該理論一開始只是假說,甚至帶有諷刺戲謔的成分,但讓人沒想到的是,隨著越來越多的證據被發現,宇宙大爆炸理論得到了越來越多的認可,成為宇宙起源的主流科學理論。
但是,大爆炸理論有一個不能忽視的致命缺陷:宇宙大爆炸之前到底是什么狀態?或者說,宇宙大爆炸瞬間的奇點是如何產生的?
大爆炸理論認為,普朗克時間是有意義的最小時間單位,大爆炸瞬間才誕生了時間和空間,意味著大爆炸之前是沒有時間概念的,既然沒有時間,研究“大爆炸之前”就沒有任何意義了。
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雖然以上解釋看似無懈可擊,但顯然并不能服眾,因為上面的解釋有點“強迫”我們必須接受的味道,強迫我們不要去追究宇宙大爆炸之前的任何東西,更是對人們心目中固若金湯的因果律的挑戰。
在我們眼里,萬事有果必有因,宇宙起源也應該如此。那么宇宙大爆炸的“因”到底是什么呢?
按照因果律,宇宙誕生之前肯定存在著某些東西,或者某種狀態,到底是什么東西或者狀態呢?宇宙總不可能真的“無中生有”吧?
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經過深入思考和研究,物理學家彭羅斯提出了著名的“共形循環宇宙學理論”,認為我們的宇宙一直在經歷大爆炸,并且不斷循環。
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彭羅斯曾發表過一篇論文,指出黑洞會發出“霍金輻射”,而這種輻射可能會從我們的宇宙傳到另一個宇宙。同時,由于黑洞未來的共形壓縮讓這種輻射極大地集中,導致一個點在交叉處進入我們的宇宙。
具體來講,彭羅斯認為,宇宙微波背景中存在奇怪的同心圓,宇宙微波背景展示了一個從各個方向觀測都大致相同的宇宙,所謂的“各向同性”,平均溫度差不多都是3開爾文。不過某些點的溫度會與其他部分不同,這種差異會產生波動,而波動最終會導致組成星系和其他宇宙結構的物質團。
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這些同心圓或者圓圈就是霍金點,也是大爆炸活動前的切實證據。
彭羅斯的宇宙循環理論聽起來有些晦澀,不過我們可以用通俗的語言來理解。
宇宙大爆炸開始后,一直在超光速膨脹,膨脹導致的結果就是,星系之間的距離越來越大,最終距離如此遠,星系彼此之間就形成了“宇宙孤島”。不過另一方面,在星系內部,引力又會讓星系里面的物質不斷坍縮,最終形成數量眾多的恒星,甚至黑洞。
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比如說,我們的銀河系中心就有一個超大質量黑洞,質量相當于太陽質量的400萬倍。
宇宙不斷膨脹,并不意味著所有的星系都會遠離彼此,在某些局部,星系之間的引力作用還會起主導作用。比如說我們所在的銀河系與鄰居仙女座星系正在靠近,在大約35億年后會發生碰撞,合并為更大的黑洞。
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問題是,宇宙會一直膨脹下去嗎?科學家研究發現,暗能量是宇宙膨脹的元兇,暗能量占了整個宇宙的70%左右,擁有絕對的統治力。但這并不意味著宇宙會一直膨脹下去。
因為任何物體的膨脹都要消耗能量,宇宙當然也不例外。比如說要想要氣球不斷變大,就需要外部能量輸入,不斷給氣球吹氣。
這意味著,隨著宇宙不斷膨脹,能量會逐漸減少,到了某個臨界點,宇宙會停止膨脹。這就是宇宙末日了嗎?
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顯然不是。停止膨脹的宇宙能量已經非常少了,根本無法維持空間,于是在引力作用下,宇宙開始收縮,最終又會回到最初的狀態,所謂的“奇點”狀態,然后新的大爆炸又會上演,開始了新一輪的大爆炸。
彭羅斯認為,宇宙就是這樣膨脹,收縮,再膨脹,再收縮的無限循環,沒有盡頭。而在宇宙大爆炸之前,已經存在某些東西了,即使另一個宇宙,絕不是沒有任何東西。
有一個著名的定律可以支撐彭羅斯提出的宇宙循環理論,那就是熵增定律,也是熱力學第二定律,讓人類感到絕望的定律。
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熵增定律表明,宇宙誕生的瞬間,是一個極度低熵的狀態,誕生之后,宇宙的熵就開始不斷增加,也就是變得越來越混亂,最終走向徹底的無序,就是終結。
隨著宇宙的熵不斷變大,空間越來越混亂不穩定,達到徹底的混亂無序之后,宇宙開始收縮,宇宙空間坍縮為黑洞,吞噬所有物質轉化為純能量。隨著黑洞因霍金輻射而蒸發,整個宇宙變成純能量的空間,然后能量繼續坍縮,一直到奇點,再一次的爆炸就上演了,宇宙開啟新一輪的循環。
彭羅斯提出的宇宙循環理論雖然能解釋宇宙誕生之前的問題,但并沒有得到主流科學界的認可,畢竟循環理論看起來確實有些瘋狂,給人一種無始無終,永遠循環的感覺,就像“俄羅斯套娃”那樣,沒有起點,也沒有重點。
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最關鍵的是,宇宙循環理論很難找到具有說服力的證據,最重要的證據肯定與黑洞有關,但是由于黑洞的奇特性,科學家們很難直接對黑洞開展研究。
除了宇宙循環理論之外,科學家們還提出了其他理論來解釋宇宙的起源問題,比如說量子場論,認為宇宙的誕生完全是“意外”,是隨機誕生的。宇宙誕生于一次隨機的量子漲落,極大的量子漲落。
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根據量子力學不確定性,時間和能量具有不確定性關系,意味著在極短的時間里,能量可以無窮大,而無窮大的能量正是宇宙誕生的基礎。果真如此的話,我們的宇宙完全就是“一場意外”。連宇宙都是意外隨機產生的,你我當然也是“意外”!
當然,也會有其他理論解釋宇宙起源問題,這個問題堪稱宇宙終極之謎,或許人類永遠也找不到最終的答案,甚至根本不存在最終的答案。但這并不妨礙人類對宇宙真理的追求,雖然人類可能永遠無法觸及到宇宙的真理,但在這個過程中一定會發現更多的奧秘!
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