据英国播送公司(BBC)网站报说念,寰宇为何会存在?东说念主们为这个问题仍是争论握住了几千年。全宇宙险些每一个古代斯文都会有着我方关于这个问题的解释——但尽管存在相反,但从实质上来说,他们基本都将原因归为某位神灵的创造。寰宇的发祥问题同期亦然玄学界弥远以来讨论的话题。然而在这场喧嚣之中伦理片,科学界的声息却显得格外细小。
不外在最近几年时间里,一部分物理学家和寰宇学家们终于运转尝试涉足这一终极问题的讨论。他们指出咱们现时仍是大约了解了寰宇的历史,而况也了解了不错对其进行基本描绘的物理学定律。他们合计,借助以上这些信息,咱们应该就不错探寻寰宇如何存在以及为何存在这类问题的谜底。
天体裁家们我方也承认,他们关于这个问题给出的修起听上去是充满争议的:他们合计咱们现时生涯其中的,遍布恒星的寰宇起先是从一场剧烈的大爆炸中出生的,而在那之前什么都不存在。天体裁家们指出,大爆炸势必会发生,原因是“虚空”(nothing)实质上是不褂讪的。
这样的不雅点或者听上去会显得非常诡异,或嗅觉就是另外一个即兴的创世学说。但物理学家们指出,这一表面是奏凯从物理学的两大撑抓,即量子力学和广义相对论中推导出来的。
但是,从“虚空”之中出生,这若何可能呢?
真空中的粒子
“斯蒂芬五重星系”。哈勃空间千里镜拍摄图像
在讨论这个问题之前,咱们起先应该了解一下量子力学的一些不雅点。量子力学是物理学的一个伏击分支,主要适用于非常微不雅的宇宙,如原子致使愈加微小的粒子。这是一个极为告捷的表面,它践诺上组成了当今咱们使用的大部分电子器件背后的表面基础。
量子力学告诉咱们,并不存在所谓的“真空”。即等于最完竣的真空之中践诺上也充斥着粒子与反粒子,它们无间出生,然后险些在同期无间袪除。
这些所谓的“虚粒子”(virtual particles)存在的时间太过瞬息,因而无法被奏凯测量到,但通过一些效应,咱们不错肯定它们的确存在。
时空——从零空间和零时间运转
或者多重寰宇就像这些气泡一样
从微不雅事物,如原子,到宏不雅事物,如星系。与描绘微不雅宇宙的量子力学不同,咱们用于描绘宏不雅宇宙的表面则是广义相对论。这是爱因斯坦一世最伏击的建树,该表面描绘了空间,时间和引力是如何运作的。
相对论与量子力学不同,而况迄今都莫得任何东说念主能够将这两者告捷地谐和起来。然而借助严慎的近似设施,一些表面科学家的确仍是告捷地在某些具体问题上同期愚弄这两大表面。比如英国剑桥大学的史蒂芬·霍金栽培关于黑洞的运筹帷幄等于如斯。
在这样尝试的流程中,科学家们发现的一个情况就是,当将量子力学愚弄到在可能限制内最小圭臬的空间中时,空间本人将变得不褂讪。在这样的圭臬上,空间不再暴露完竣的平滑和连气儿,空间和时间都失去了其褂讪性,它们搀和在通盘,酿成了时空的泡沫。
换句话说,微小的时空泡沫是不错自觉酿成的。好意思国亚利桑那州立大学坦普尔分校的劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)暗示:“要是时空是量子化的,它们就会发生涨落。因此正如你不错创造出虚粒子一样,你也不错创造出虚时空。”
除此以外,要是这些时空泡沫的酿成是可能的,那么它们就一定会酿成。好意思国波士顿塔夫茨大学的亚历山大·维兰金(Alexander Vilenkin)指出:“在量子物理学中,要是某件事并非是被不容的,那么它确切发生的概率就不为零。”
从“气泡”中出生的寰宇
寰宇微波布景放射散播图,这是寰宇大爆炸留住的余光
于是,并非只是惟有粒子和反粒子能够从“虚空”之中出生并沦陷:时空的“气泡”也一样不错。但即便如斯,思象一下一个无尽小的时空气泡要变成一个里面包含有1000亿个以上星系的众多寰宇,这样的杰出也确凿太大了。难说念不是吗?即便这样一个“气泡”能够酿成,它也会在良晌之间再次消散。
但事实上,这样的“气泡”是有可能幸存下来的。但为了达成这样的遵守,咱们还必须借助另外一项寰宇遗迹:暴涨。
大部分物理学家当今都欢喜咱们生涯其中的寰宇是从大爆炸来源的。滥觞寰宇中扫数的物资和能量都被压缩在一个无尽小的点上,然后这个点爆炸了。之是以物理学家们能够达成这样的共鸣,主要源于20世纪早期的一项伏击发现:不雅测左证暴露寰宇正在扩张。既然扫数的星系都正在远隔咱们,那么在此之前的某一时间,扫数星系必建都也曾合并在通盘。
而暴涨表面指出,在大爆炸之后的一个阶段,寰宇也曾资格过一段急速扩张的流程。这一听上去有些诞妄的不雅点最早是在上世纪80年代由好意思国麻省理工学院的阿兰·古斯(Alan Guth)提议来的,随后由现任职于斯坦福大学的安德烈·林德(Andrei Linde)进行了更正。
这项表面的主要不雅点包括:在大爆炸发生之后的刹那间,量子圭臬的空间倏地资格难以思象的极速扩张流程。在极短的时间内,原始寰宇的大小便从比一个原子核还要小,倏地扩张为一粒沙子的大小。当这一扩张流程最终延缓时,驱动这一流程的力场调动为充斥今天寰宇空间的物资与能量,也因此,古斯将这一暴涨流程称作“终极免费午餐”。
然而愈加让东说念主感到诡异的是,这一诡异的表面尽然与不雅测现实的吻合度相等好。尤其是,它不错非常好的解释寰宇微波布景放射的存在,这是大爆炸留住的细小余光,这种微波放射险些均匀地散播在寰宇的各个标的,组成一种近似布景的模式。要是寰宇莫得资格过如斯快速的暴涨流程,那么这一放射布景的均匀度应当会差得多。
寰宇是平坦的,这很伏击
运筹帷幄的遵守暴露,从最大的可不雅测圭臬上来看,咱们的寰宇是平坦的。寰宇是平坦的——这少量极其伏击,因为惟有一个平坦的寰宇能力从“虚无”中出生
暴涨表面也给了寰宇学家们一把测量的用具,他们不错据此度量寰宇的几何学特征。对这一问题的运筹帷幄遵守关于咱们融会寰宇如何从虚无之中出生将具关系键真谛。
91探花爱因斯坦的广义相对论告诉咱们,咱们生涯其中的时空不错三种表情存在。它不错推崇为平坦的,就像一张桌子的台面;它也不错具有正曲率,就像一个球体的名义,在这种情况下,要是你旅行地迷漫远处,你将会回到你起先开拔的场地;临了一种,寰宇也不错推崇为负曲率,此时寰宇在几何特征上的推崇就像一个马鞍。那么究竟哪一种才合适践诺情况?
有一种设施不错找到谜底。或者你还牢记在你中学的数学课上,你的数学老诚应该也曾告诉过你,三角形三个角的内角和等于180度。但践诺上你的数学老诚还遗漏了一项伏击的内容,那就是这种情况只适用于平面。要是你在一个皮球的名义画一个三角形,你会发现它的三个角的内角会通大于180度。反过来,要是你在一个具有负曲率的名义,比如一个马鞍的名义画一个三角形,你会发现它的三个角的内角和将是小于180度的。
那么这样一来,要思判断寰宇是否是平坦的,咱们就要测量一个众多三角形的内角和。而这恰是暴涨表面能够证实作用的场地,它决定了寰宇微波布景辐掷中相对较为温顺与较为阴凉的区域的平均大小散播。对这些区域大小的测定在2003年完成了,这样天体裁家们便有了很多的三角样本不错进行测量。这项运筹帷幄的遵守暴露,从最大的可不雅测圭臬上来看,咱们的寰宇是平坦的。
寰宇是平坦的——这少量极其伏击,因为惟有一个平坦的寰宇能力从“虚无”中出生。
扫数当今存在的事物——恒星,星系以及咱们借以看到宇宙的后光,扫数这一切必定源自什么场地。咱们仍是知说念粒子不错在量子层面上从虚空之中出生,而要思产生出寰宇中的全部恒星和行星,将需要众多的能量能力杀青。
但是寰宇本人究竟是从何处获取这样多的能量的?诡异的是,它或者压根就不需要去获取能量。这是因为寰宇中的任何物体都会产生引力,这种引力会对其周围的其他物金钱生一股拉力。这种引力将会均衡掉起先用于创造物资的的能量本人。
这就有点像是一把老式秤杆,你在一头放上重物,而在另一端遗弃砝码,直到两者的分量格外。而在寰宇的案例中,物资被放在了秤杆的一端,放在秤杆另一端的砝码就是引力,它必须能够均衡掉物资的分量。
物理学家们的盘算暴露,在一个平坦的寰宇中,物资中所蕴含的能量恰巧被这些物金钱生的引力所具有的能量所均衡掉。但这少量也只是适用于平坦寰宇的情形。要是寰宇具有曲率,那么这两者将难以相互对消。
单一寰宇照旧多重寰宇?
在寰宇的案例中,物资被放在了秤杆的一端,放在秤杆另一端的砝码就是引力,它必须能够均衡掉物资的分量
到了这一步,创建一个寰宇看起来似乎很容易了。量子力学告诉咱们“虚空”是不褂讪的,于是一运转从“什么都莫得”到“有什么”这一步似乎是不成幸免的。随后在资格暴涨流程之后,大爆炸中产生的阿谁微小的时空“气泡”速即扩张并最终成为咱们今天看到的这个众多而劳作的寰宇。正如克劳斯所指出的那样:“根据咱们所了解的物理学旨趣,咱们的寰宇应当是从‘空无一物’之中出生的——莫得空间,没就怕间,莫得粒子,莫得任何咱们已知的东西。”
那么这一流程为何只发生了一次呢?要是不错有一个时空“气泡”从虚无之中出生,并资格暴涨之后成为咱们生涯其中的寰宇,那么有莫得可能这样的流程会屡次发生,而况产生多个访佛的寰宇呢?
关于这个问题,林德给出了一个浅易但让东说念主有些难以融会的谜底。他合计寰宇正在被无间的创造出来,而况这样的流程将会弥远地抓续下去。
林德指出,当一个更生寰宇罢手暴涨,它将仍然被一个抓续暴涨的空间所包围。这个暴涨的空间中产生出更多的寰宇,而它们的周围也一样是更多抓续暴涨的空间。因此一朝暴涨运转,它应当会抓续无间地产生出多量的寰宇,也就是林德所谓的“不朽暴涨”。咱们所在的寰宇或者只不外是一派普遍沙滩上的一颗沙粒云尔。
那些寰宇可能会与咱们生涯的这个寰宇存在着深入的相反。在另外一个寰宇中,空间或者有5个维度,而不是像咱们寰宇中的3维,即宽度,长度和高度,哪里的引力作用或者要比咱们强上10倍,但也有可能弱上1000倍,致使压根就不存在引力。哪里的物资也可能是由王人备不同性质的粒子所组成的。
因此王人备有可能存在着许很多多形形色色的寰宇。林德暗示所谓的“不朽暴涨”并非只是是“终极免费午餐”,它照旧独逐个场你不错吃到任何一样好意思食的花样。
尽管直到现时限制咱们仍然还未能取得可信的左证评释其他寰宇的确存在,但这些表面本人却仍是为一句话赋予了全新的含义:“感谢一无扫数”。
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