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138.2亿年前,宇宙大爆炸“炸”出所有物质,那原材料来自哪?

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森罗万象视频 2021-07-31 20:42

综述

“道生一,一生二,二生三,三生万物。”这是老子对于天地万物起源的论述,也是中国哲学关于终极存在的深刻思辨。而在现代天文学当中,宇宙诞生的问题成为一切物质存在问题的源头。

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几百年来,杰出的科学家们为了解决这个问题提出了无数的猜想、假设和模型,只为了尝试解答,我们所身处的这个时空从何而来,又是按照怎样的规律在发展演变,最终会走向何方。

到今天为止,在科学领域得到最多支持的宇宙起源模型是大爆炸理论,但伴随这个理论很快产生了新的疑问,让大爆炸得以发生的物质又是什么呢?它们来自何处?

宇宙大爆炸

138.2亿年前,宇宙的起点是一个高温高密的物质状态,也就是常说的奇点,而后在某个特定的时间节点上,宇宙进行了一次非常快速的膨胀,整个过程大概持续了10-37秒,随后进入了被称作暴胀的阶段。

在此期间,宇宙的膨胀呈指数增长,带来的结果是宇宙时空中的粒子和反粒子之间持续地大规模地碰撞,直至达成数量相等。

但这个均衡状态没有持续太久,一些新的反应开始发生,并使得某些粒子的数量超过了相应的反粒子,这种非守恒状态基本上确定了宇宙中物质主导反物质的情形,并长久地稳定下来。

在暴胀之后,宇宙的膨胀速度会明显慢下来,粒子的活跃度也随着能量下降而不断降低,物质和能量逐渐在引力的作用下开始演变,形成结构、数量各不相同的物质形式,这些形式主要包括三种,冷暗物质、热暗物质以及重子物质,其中占比最大的是冷暗物质。

根据科学家测算,它几乎覆盖了宇宙物质的80%以上。而与此同时,在这些物质之外,一种被称为暗能量的能量形式被认为是主导宇宙演化的主要力量,它在上百亿年的时间里一直在不断增长,造成的结果是,宇宙的膨胀速度开始逐渐加快。

大爆炸理论一直以来确实也在不断受到质疑,但它在科学领域获得的压倒性胜利也并非没有根据。

从宇宙模型推演的意义上说,如果完全是自我推论,那么无论它再怎么符合天文观测的结果,也只能说是一种逻辑把戏,但是大爆炸理论之所以能够得到权威科学家的支持,是因为它的核心观点都是由在体系之外的实际观测所论证形成的。

相当一部分对大爆炸持怀疑态度的科学家所提出的问题是,该模型中所假设存在的一些物理现象包括物质形态和能量作用模式至今尚未在实验中得到验证,比如所谓的暗物质。

但总的来说,目前的大爆炸模型在解释宇宙过去和当前的变化和演进上仍然具有最高的适用性,所存在的尚未确定的问题也只对整个模型构成修正的意义,并不影响最核心的内容。

最初的奇点

既然这是一个关于起源和终极存在的问题,那么让我们回到那个被称为奇点的宇宙状态上去,如果奇点是大爆炸的原始形态,那么我们自然会进一步思考奇点究竟是什么,在它之前的宇宙是什么样的等问题。

对于这个疑问,大爆炸模型当然也给出了它自己的解释:由于宇宙膨胀的动力主要来自于物质能量之间的引力,所以当这个膨胀所产生的时空达到一定程度时,物质能量之间的引力就会随着空间距离的增大而减小。

但宇宙大小的变化不会就此停滞。引力减小意味着膨胀速度减小,当这个数值减小到0的时候,膨胀就会停滞,收缩由此开始,宇宙沿着最初的生成轨迹开始朝着反方向消失,所有已经存在的时空被持续压缩,直到回到最初的奇点。

很显然,宇宙的生成和消失是一个循环往复的过程,所有的物质和能量进入了一种类似永恒轮回的无限演化中。这样的解释不得不让我们想起了许多宗教文化中对存在和起源的理解,比如涅槃轮回,二者在某种意义上确实有其相同之处。

事实上,随着天文观测和物理学研究的不断发展,一些可能超越大爆炸理论的观点正在被前沿科学认可,比如哈特尔-霍金无边界条件的提出将时空演变从奇点的桎梏中解放了出去,认为宇宙的形成不需要依靠这一假设,再比如所谓的膜宇宙模型,认为宇宙的形成建立在一种膜的循环碰撞运动上,除此之外还有混沌暴胀理论等等。

结语

总之,在大爆炸模型的宇宙观里,宇宙的形成是以奇点为关节重复生成和消失的过程,并不存在所谓的前奇点宇宙,至于这个理论将会面临的修正和挑战,只有等待宇宙天文观测的进一步推进来为我们揭秘了。

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