宇宙是如何诞生的?
现代主流理论认为,我们的宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸,一个体积无穷小,温度密度无限高的奇点急剧膨胀,经过漫长时间的演化,才有了我们今天看到的世界。
这就是宇宙大爆炸理论,虽然该理论一开始只是假说,甚至带有讽刺戏谑的成分,但让人没想到的是,随着越来越多的证据被发现,宇宙大爆炸理论得到了越来越多的认可,成为宇宙起源的主流科学理论。
但是,大爆炸理论有一个不能忽视的致命缺陷:宇宙大爆炸之前到底是什么状态?或者说,宇宙大爆炸瞬间的奇点是如何产生的?
大爆炸理论认为,普朗克时间是有意义的最小时间单位,大爆炸瞬间才诞生了时间和空间,意味着大爆炸之前是没有时间概念的,既然没有时间,研究“大爆炸之前”就没有任何意义了。
虽然以上解释看似无懈可击,但显然并不能服众,因为上面的解释有点“强迫”我们必须接受的味道,强迫我们不要去追究宇宙大爆炸之前的任何东西,更是对人们心目中固若金汤的因果律的挑战。
在我们眼里,万事有果必有因,宇宙起源也应该如此。那么宇宙大爆炸的“因”到底是什么呢?
按照因果律,宇宙诞生之前肯定存在着某些东西,或者某种状态,到底是什么东西或者状态呢?宇宙总不可能真的“无中生有”吧?
经过深入思考和研究,物理学家彭罗斯提出了著名的“共形循环宇宙学理论”,认为我们的宇宙一直在经历大爆炸,并且不断循环。
彭罗斯曾发表过一篇论文,指出黑洞会发出“霍金辐射”,而这种辐射可能会从我们的宇宙传到另一个宇宙。同时,由于黑洞未来的共形压缩让这种辐射极大地集中,导致一个点在交叉处进入我们的宇宙。
具体来讲,彭罗斯认为,宇宙微波背景中存在奇怪的同心圆,宇宙微波背景展示了一个从各个方向观测都大致相同的宇宙,所谓的“各向同性”,平均温度差不多都是3开尔文。不过某些点的温度会与其他部分不同,这种差异会产生波动,而波动最终会导致组成星系和其他宇宙结构的物质团。
这些同心圆或者圆圈就是霍金点,也是大爆炸活动前的切实证据。
彭罗斯的宇宙循环理论听起来有些晦涩,不过我们可以用通俗的语言来理解。
宇宙大爆炸开始后,一直在超光速膨胀,膨胀导致的结果就是,星系之间的距离越来越大,最终距离如此远,星系彼此之间就形成了“宇宙孤岛”。不过另一方面,在星系内部,引力又会让星系里面的物质不断坍缩,最终形成数量众多的恒星,甚至黑洞。
比如说,我们的银河系中心就有一个超大质量黑洞,质量相当于太阳质量的400万倍。
宇宙不断膨胀,并不意味着所有的星系都会远离彼此,在某些局部,星系之间的引力作用还会起主导作用。比如说我们所在的银河系与邻居仙女座星系正在靠近,在大约35亿年后会发生碰撞,合并为更大的黑洞。
问题是,宇宙会一直膨胀下去吗?科学家研究发现,暗能量是宇宙膨胀的元凶,暗能量占了整个宇宙的70%左右,拥有绝对的统治力。但这并不意味着宇宙会一直膨胀下去。
因为任何物体的膨胀都要消耗能量,宇宙当然也不例外。比如说要想要气球不断变大,就需要外部能量输入,不断给气球吹气。
这意味着,随着宇宙不断膨胀,能量会逐渐减少,到了某个临界点,宇宙会停止膨胀。这就是宇宙末日了吗?
显然不是。停止膨胀的宇宙能量已经非常少了,根本无法维持空间,于是在引力作用下,宇宙开始收缩,最终又会回到最初的状态,所谓的“奇点”状态,然后新的大爆炸又会上演,开始了新一轮的大爆炸。
彭罗斯认为,宇宙就是这样膨胀,收缩,再膨胀,再收缩的无限循环,没有尽头。而在宇宙大爆炸之前,已经存在某些东西了,即使另一个宇宙,绝不是没有任何东西。
有一个著名的定律可以支撑彭罗斯提出的宇宙循环理论,那就是熵增定律,也是热力学第二定律,让人类感到绝望的定律。
熵增定律表明,宇宙诞生的瞬间,是一个极度低熵的状态,诞生之后,宇宙的熵就开始不断增加,也就是变得越来越混乱,最终走向彻底的无序,就是终结。
随着宇宙的熵不断变大,空间越来越混乱不稳定,达到彻底的混乱无序之后,宇宙开始收缩,宇宙空间坍缩为黑洞,吞噬所有物质转化为纯能量。随着黑洞因霍金辐射而蒸发,整个宇宙变成纯能量的空间,然后能量继续坍缩,一直到奇点,再一次的爆炸就上演了,宇宙开启新一轮的循环。
彭罗斯提出的宇宙循环理论虽然能解释宇宙诞生之前的问题,但并没有得到主流科学界的认可,毕竟循环理论看起来确实有些疯狂,给人一种无始无终,永远循环的感觉,就像“俄罗斯套娃”那样,没有起点,也没有重点。
最关键的是,宇宙循环理论很难找到具有说服力的证据,最重要的证据肯定与黑洞有关,但是由于黑洞的奇特性,科学家们很难直接对黑洞开展研究。
除了宇宙循环理论之外,科学家们还提出了其他理论来解释宇宙的起源问题,比如说量子场论,认为宇宙的诞生完全是“意外”,是随机诞生的。宇宙诞生于一次随机的量子涨落,极大的量子涨落。
根据量子力学不确定性,时间和能量具有不确定性关系,意味着在极短的时间里,能量可以无穷大,而无穷大的能量正是宇宙诞生的基础。果真如此的话,我们的宇宙完全就是“一场意外”。连宇宙都是意外随机产生的,你我当然也是“意外”!
当然,也会有其他理论解释宇宙起源问题,这个问题堪称宇宙终极之谜,或许人类永远也找不到最终的答案,甚至根本不存在最终的答案。但这并不妨碍人类对宇宙真理的追求,虽然人类可能永远无法触及到宇宙的真理,但在这个过程中一定会发现更多的奥秘!
完!
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