为什么大到天体小到粒子都在旋转？宇宙本身是否也在旋转？

在我们的生活周遭，无论从微小的尘埃到宏伟的行星，我们常常目睹一个物体围绕另一个物体作圆周运动。诸如：电子围绕原子核旋转，月亮环绕地球，地球又绕太阳转，而太阳则围绕银河系中心运动。那么，银河系又是绕着什么在旋转呢？或者更广义地，我们的宇宙是否也在旋转？今天，我们就来探讨这一问题。

让我们追溯到宇宙的诞生之初。

在宇宙充满物质、辐射、中微子、暗物质或者任何我们目前已知的粒子之前，宇宙的早期经历了一个被称为指数膨胀的过程，在这个阶段，宇宙中唯一的能量便是空间自身的固有能量。这个时期被称为宇宙暴涨时期，它不仅引发了大爆炸，还塑造了大爆炸初期那个炽热、稠密，充满了物质与辐射的宇宙，这就是我们所称的宇宙诞生。

在暴涨的过程中，我们所知的是，真空能量产生了量子级别的起伏，但这些起伏之间并不能相互影响，因为宇宙的膨胀速度超过了相互作用的光速。而且暴涨是处处均衡、各方向同性的，并没有表现出任何特殊方向的偏好。

暴涨结束后，宇宙内部的能量逐渐转化为物质、反物质和辐射。然而，有一小部分的真空能量依旧以某种形式“锁”在了空间中，也就是我们现在所称的暗能量。这些量子起伏在膨胀的宇宙中造就了密度或高或低的区域。

这便是我们所称的“大爆炸”阶段，宇宙中开始形成标准模型所描述的所有粒子，以及我们尚未发现的其他粒子。从一开始，所有的基本粒子都具有一种称为自旋的固有角动量。

例如，每个电子、夸克和中微子的自旋为±½，每个胶子或光子的自旋为±1。倘若引力的量子形式与我们目前所认为的一致，那么引力子的自旋将为±2，而在所有基本粒子中，唯有希格斯玻色子的自旋为零。

宇宙中所有粒子最初被创造出来的那一刻，它们彼此之间还没有机会产生相互作用。根据我们的理解，宇宙并非生来就存在一个物体绕着另一个物体转动的情形。但粒子是带着内在的动能诞生的，并且在宇宙的不同区域存在着密度差异。

随着粒子的碰撞和引力的相互作用，密度较高的区域在引力的作用下聚集了越来越多的物质和能量，而密度较低的区域则变得更加稀疏，它们会把物质和能量传递给周边密度较大的区域。

随着宇宙的冷却，夸克们结合形成原子核，这些原子核也拥有自己的角动量，遵循着原子核和粒子物理的规律。同样地，当宇宙冷却到足以形成中性原子时，这些原子并不是按照波尔模型中的“行星轨道”排列，而是电子占据着特定的量子态，这些量子态各自拥有固有的自旋和轨道角动量。

当宇宙开始形成中性原子时，高密度与低密度区域间的引力差异相比宇宙初期已经放大了许多倍。

在宇宙还年轻时，那些独特的引力区域最终形成了我们现在看到的恒星、星系、星系团等，而这些区域（尚未在引力作用下塌缩成星系的气体云）会相互移动，并施加引力作用。

除非这些引力源（气体云）拥有不可思议的完美球形特性，并且仅沿直线运动，否则两个气体云之间会施加一种非常特殊的力：潮汐力矩。

物质和能量在不同点上的相对运动不一致性，会在引力作用下产生扭矩，类似于我们向上或向下推动扳手使螺母转动。

潮汐力矩存在于大小不同的尺度上，影响着我们所知的每一点物质，直至单个原子间的相互作用。随着时间推移，引力坍缩开始发生，这些角动量足以使巨大的气体云缓慢旋转。

在物理学中，有一些量是守恒的。除了熟知的能量守恒，我们还有动量守恒。观察花样滑冰运动员，当他们将手臂和腿靠近身体时，便可看到动量守恒的效应。

通过改变一个系统的惯性矩（使质量分布更接近旋转轴），根据角动量守恒定律，系统的角速度或转速就必须增加。例如，太阳的自转周期略小于一个月，如果我们将太阳坍缩成一个和地球差不多大小的白矮星，那么它的角速度将会增加到每36分钟自转一周。

当我们观察恒星系统、行星和卫星、甚至整个星系时，我们实际上看到的不仅仅是一个密度大的静止物体，这证明了宇宙中的每一个已知系统都经历了潮汐力矩的相互作用，并且相对于宇宙中的其他物体拥有非零的角动量。

星系绕什么旋转？

换言之，我们都知道大多数星系中心都有超大质量黑洞，但黑洞的存在并不是星系旋转的根本原因，即便没有黑洞，星系也会继续旋转，恒星也会继续围绕星系中心旋转。实际上，我们也看到了许多没有中心黑洞的螺旋星系，它们也在正常运转。

因此，万有引力、不可避免的潮汐力矩和角动量守恒，是所有天体都在旋转的根本原因。因此在星系团中，星系也在围绕中心旋转，而这个中心并没有什么超大质量的天体存在。

宇宙是否在旋转？

另一方面，如果我们将整个宇宙作为一个整体来考虑，目前我们认为宇宙整体上并不在旋转，因为万有引力（也永远不会）有机会在比可观测宇宙更大的尺度上产生相互作用，即使存在多元宇宙，而这些宇宙间没有任何联系和信息交互，毕竟我们现在认为引力是以光速传播的，而宇宙的膨胀速度已经超过了光速。

从理论角度看，宇宙也可能具有一定的角动量，但这并非由引力造成，而是它天生的特性。如果是这样，这将是一个巨大的谜团！