宇宙大爆炸才出现的空间,那宇宙大爆炸之前有没有空间?
时钟滴滴答答,太阳东升西落,我们可以真真切切地感受到时间的流逝。广阔的草原,蔚蓝的天空,深邃的宇宙,我们可以真真切切地感受到空间的存在。如果现在有人说,在宇宙诞生之前不存在时间与空间,你会相信吗?如果宇宙诞生之前不存在时间与空间,那么这一切又从哪里来?最为关键的是,宇宙诞生之前的状态是什么?谁来盛放这海量的物质?
如果说之前是模糊宇宙学,那么现在就一定是精确宇宙学了,不仅需要理论,也更需要实际观测的支持。现代的宇宙学框架,主要由两个学说来搭建,一个是大爆炸宇宙论,另一个是暴胀宇宙学说。
大爆炸宇宙论
说起大爆炸理论,肯定有人会说,这么久的事情,谁能知道的,都是瞎猜。那么到底是不是猜出来的呢?让我们了解一下大爆炸宇宙论的前世今生。在20世纪上半叶,量子理论与广义相对论问世,这两个理论是现代物理学的基石,其中广义相对论更是研究宇宙学的基石,这个广义相对论构建了一个全新的宇宙,爱因斯坦认为的宇宙应该是一个不变的宇宙稳定的宇宙,因此他绞尽脑汁不惜添加常数,让计算出的宇宙变得稳定,可是得到的结果并不是这样,英国的天文物理学家爱丁顿曾说,这样的宇宙处在无限收缩与无限膨胀间的悬崖之上,也就是说稍有不慎,宇宙膨胀收缩就偏向一方了。
天文学家斯里弗首先观测到谱线红移现象,美国天文学家哈勃与他的助手在斯里弗的观测基础之上,又进行了大量的观测与计算,他们发现谱线红移并不是特别的现象,而是一个普遍存在的现象,他们发现的星系均具有谱线红移,由此哈勃得出了一个结论,遥远的星系都在远离我们,而且距离越远的星系远离的速度越快。这个结论表明宇宙正在膨胀,爱因斯坦错了。
由此一个很自然的推论,就展现在我们面前,那就是既然宇宙正在膨胀过程中,如果将时间回溯到很久很久以前,那么宇宙的体积肯定非常小。20世纪40年代,伽莫夫等人提出了热大爆炸宇宙学说,这就是大爆炸宇宙理论的雏形。我们的宇宙是在138亿年以前,由一个奇点爆炸而来。
暴胀宇宙学说
虽然大爆炸宇宙论的诞生解决了很多问题,但是仍然有许多新的问题解决不了,比如平直性疑难问题、宇宙大尺度结构来源问题、超重粒子超出疑难问题等等,这些问题,大爆炸理论无法给出合理解释。于是,上世纪80年代,暴胀理论问世,来解决这些疑难杂症。暴胀是宇宙在极早期经历的一个极为恐怖的扩张过程,在宇宙刚刚诞生的10^-30秒之内,宇宙急剧膨胀了10^26倍,体积膨胀了10^78倍,这些数据不是猜的,而是根据量子理论推导出来的,可以说,量子理论的诞生为解释极早期的宇宙状态提供了很大帮助。
奇点
在暴胀理论还没有出现之前,霍金与彭罗斯两位物理学家根据大爆炸宇宙论推出来"奇点"这个诡异的东西,也就是说,如果我们将时间回溯,回溯到宇宙刚诞生的时刻,那将是一个无法被形容的点,也就是奇点。推论表明,处在奇点的那个状态,诸如密度、温度压力这些物理量都处在无限高的状态,这种状态是物理学所无法理解的,故称之为奇点,奇点的无法解释也是大爆炸宇宙论的遗憾。
当暴胀理论出现之后,暴胀解释宇宙是经历什么而诞生的,该理论认为,在宇宙诞生之前,随处都有真真空衰变为普通的真空,可以形象地比喻成沸腾的海洋,量子涨落随机产生,犹如一个个"气泡",每一个"气泡"制造了大爆炸,我们的宇宙大爆炸只是其一,能量转变为物质,这可以避免奇点的出现,但是也受到了很多物理学家的质疑,认为该理论缺乏检验与经验。
如何避免去解释奇点,由此又出现了许多模型,比如"反弹宇宙模型"、"循环宇宙模型"等等,但是这些都还只是猜测,一个成熟的理论必须要有实际的观测数据支撑它。
以现有的理论,还无法真正做到揭示宇宙之前的故事,现有的科学都建立在宇宙诞生之后的故事之上。时间与空间都是我们熟知的时间与空间,至于宇宙之前是怎样的环境,是高温高密度高压的奇点,还是具有异常高能量的真空态且具有负压力,这个就不得而知了,总之我们所熟知的时间与空间,在我们的宇宙诞生之前是不存在的。
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