其實,能量守恒定律早就給了我們答案,能量是固有的,原本就存在,能量不生不滅,只能在不同的形式間來回轉換。
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不僅僅是能量,物質,質量和空間也都是固有的,原本就存在。宇宙里不會憑空出現任何物質,所有的物質只是以不同的形式存在并相互轉換罷了。
說到底,宇宙中的能量到底是怎么來的?
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如果刨根問底的話,就需要從宇宙誕生之初說起,目前主流的理論就是宇宙大爆炸理論,138億年前的宇宙大爆炸創造了我們的宇宙,大爆炸其實也就是超級能量的爆發,如今我們的宇宙中的所有能量都是在那一瞬間產生的。
宇宙剛誕生之初,只有純能量,之后,這些純能量經過漫長時間演化,成了如今我們看到的豐富多彩的世界。
不過對于很多人來講,宇宙大爆炸太抽象了,很難想象出大爆炸瞬間到底發生了什么。最大的問題是,宇宙大爆炸瞬間的奇點為什么會突然急劇膨脹,科學家們并不能解釋清楚,因為我們已知的大自然法則在奇點面前好像都不管用了。
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不過,無論如何宇宙大爆炸理論本質上也是一種假說,并不意味著正確。所以,確實也有不少科學家并不認同宇宙大爆炸理論,他們提出了很多其他宇宙起源理論。
有科學家認為,宇宙并非是“無中生有”誕生的,因為在一開始宇宙中就存在某種東西,各種場交織在一起,比如說電子場,中子場,中微子場,希格斯場等。這就是宇宙的最初形態,就像我國古代所說的“混沌”狀態一樣。
在沒有任何擾動的情況下,所有的場都處于基態,也就是最穩定的狀態,任何事物都傾向于向穩定的方向發展,場也不例外。基態的場也擁有能量,是最低的能量形態。
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這或許就是我們所說的真空狀態,這樣的真空并不是絕對的“空無一物”,而是充滿了各種場。
而處于基態的場總是會因為某種擾動從基態變為激發態。為什么會出現擾動?根據量子力學不確定性,無形的虛粒子對會隨機通過賒借能量的方式衍生出來,然后瞬間湮滅歸還能量,只要這個過程足夠迅速,花費的時間足夠短,就會一直上演。
虛粒子對的衍生湮滅也被稱為“量子漲落”或“量子起伏”,這種量子起伏其實就是場從基態變為激發態的直接體現。
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通俗理解,場的激發態就是場的某種波動,而波動就會帶來能量,進而產生各種基本粒子,比如說電子,中微子,夸克等。所以某種程度上講,任何微觀粒子都不是“粒子”,而是“能量”,通俗來講就是波動形成的某種“波包”,也就是“能量包”!
剛才說了,基態是最穩定的形態,場總是會傾向于向基態發展,所以受到擾動而成為激發態的場,也會很快重新回到基態,最終一切又會歸于平靜。
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但量子力學還表明,時間和能量存在不確定性關系,在足夠短的時間里,量子可能有一個非常大的漲落。而且只要時間足夠短,能量就可以無限大。
于是,在某個瞬間,時間極短的瞬間,出現一個極大的量子漲落,也可以理解為處于基態的場受到了極大的擾動,也因此誕生了無限的能量。
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理論上,極大的量子漲落出現的概率是非常低的,但只要時間足夠長,總是會出現的。而我們的宇宙就是極大的量子漲落之后產生的,所有的能量都是在那一瞬間誕生的。
但這里有一個問題,剛才說了,衍生出來的虛粒子對會瞬間湮滅,那么極大的量子漲落也應該會最終湮滅。
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這里還需要用到量子力學的不確定性原理,衍生出來的正反虛粒子對通常情況下確實會發生湮滅,但也會出現這樣的情況,正反虛粒子對的某個粒子沒有找到自己的“同伴”,從而不會發生湮滅,能量也就保留了下來。
量子力學總是這樣,總是會違背我們的日常生活認識,也正因為如此,量子力學誕生了一百多年,至今也沒有誰能完全弄明白量子力學的底層邏輯。但可以肯定的是,量子力學中的詭異現象的確存在。
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說了這么多宇宙起源的問題,好像和分子原子的不停運動沒有關系,但其實關系很大,我們弄清楚了宇宙起源之初的能量,分子原子運動的能量問題也就迎刃而解了。
宇宙中的能量是不生不滅的,而微觀世界的運動是能量的具體體現。宇宙中的最低溫是絕對零度,那是理論上的最低值,是所有微觀粒子都停止運動,完全靜止的溫度,實際上是不可能達到這個溫度的,為什么?
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因為微觀粒子的位置和速度同樣具有不確定性,兩者的不確定性乘積必須不小于一個常數,這意味著微觀粒子的速度不能為零,必須一刻不停地運動。
總之,世界的本質就是能量,微觀粒子也不例外,它們也都是能量。如果追根溯源,能量其實就是基態的場受到激發之后產生的波動,而場總會在基態與激發態之間不斷變換。
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