大爆炸的“三朵乌云”，视界、零曲率和磁单极子，解释就是掩饰

19世纪末20世纪初，物理学天空中的两朵小小乌云酿成了一场大风暴，催生了现代物理学的两大支柱——相对论和量子力学。100年后的今天，建立在现代物理学基础之上的宇宙大爆炸学说，解决了困扰人类几千年的宗教和哲学命题。

大爆炸学说虽然取得了成功，能够与目前的天文观测结果相印证，但仍然存在着三朵乌云笼罩在大爆炸学说的上空，至今仍然没有得到完美的解释。三朵乌云，或者称作三个疑难，它们分别是视界问题、零曲率问题和磁单极子问题 。

一、什么是视界问题？
要想理解视界问题，我们首先需要了解一个物理概念——粒子视界，它是指在某个时刻在地球上的观察者能够接收到宇宙中过去获取信息的最远距离，这个距离就是可观测宇宙的大小。这意味着，我们看到的宇宙全貌只是完整宇宙的一部分，而不是全部。

按照大爆炸理论，早期宇宙直到最终的散射时期之前一直都是被物质或辐射主导，那时的粒子视界将只对应着天空中大约为将手臂伸直一个大拇指指甲盖覆盖的一片天空那么大。这与哈勃望远镜拍摄到的宇宙微波背景辐射的各向同性这个事实相矛盾。

对此，大爆炸理论认为，今天的宇宙边界是在暴涨过程中的粒子视界之内，换句话说就是，今天我们看到的宇宙的各向同性发生在暴涨之前。由于宇宙暴涨，它们一下子就跑到了遥远的距离。

二、什么是零曲率问题？
宇宙正在继续膨胀是天文学的观测事实，但这带来了一个很尴尬的问题，即零曲率问题。要想说明这个问题，我们先要了解几个背景知识。在广义相对论的语境中，时空是四维的，其形状由物质和能量的现实分布来决定。

但情况要比这个复杂，因为宇宙一直在膨胀，所以宇宙中的物质和能量在随着时间的流逝而改变着空间膨胀率。宇宙的形状必然是从某个初始值开始，膨胀与物质和能量一直在相互作用影响着宇宙的形状。
然而即使我们用最精确的科学仪器观测到的宇宙的曲率一直接近于零，或者说是平坦的，这就是一个非常奇怪的现象了。在宇宙自身膨胀的力量与宇宙内天体之间的引力相互博弈的过程中，卷曲和翘曲才是最大概率事件，而平坦只是众多可能性中概率最低的一种。

对此，大爆炸理论认为，由于宇宙发生过暴涨，整个宇宙的尺寸迅速变大，宇宙创造出的空间弯曲给就被抹平了，就像我们站在地面上看不出来地球表面是个球面一样。
三、什么是磁单极子问题？
这个问题相对简单，不需要太多知识背景。咱们都接触过磁铁，不论我们把一块磁铁砸碎分成多么小的块儿，任何一块小磁铁都拥有南极和北极，找不到只有南极或只有北极的磁铁。然而在理论上，只有南极或者是北极的磁铁是有可能存在的，这就是磁单极子。

理论上应该是无处不在的磁单极子在现实中却连一个也找不到，这就是磁单极子问题。对此，暴涨理论认为，这是因为磁单极子被暴涨的宇宙给稀释了。就像一汤匙的盐投放在太平洋那样多的水里，你是尝不出来咸味的。

结语
对于大爆炸理论在应用中遇到的三个来自观测结果的疑难问题：“视界、零曲率和磁单极子”，看上去都给出了合理的解释，然而它们无一例外都指向了宇宙暴涨发生之前或者是缺乏更直接的观测证据。
很显然，对于笼罩在大爆炸天空中的“三朵乌云”，这样的答案是无法让科学家们满意的。在我看来，这样的解释其实是在掩饰，并不足以采信。也正因为如此，尽管科学界普遍接受了大爆炸学说，但仍然有学者对此表示质疑，宇宙大爆炸理论仍然有许多路要走。
屏幕前面的朋友们，不知道你们对大爆炸的三朵乌云怎么看呢？
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