宇宙大爆炸之前是啥樣的?

2021-01-13 科學人


早期宇宙第一大劇本叫暴脹。暴脹宇宙學認為,宇宙早期加速膨脹。


吃瓜群眾:「牛頓說了,引力是吸引的,所以宇宙不能加速膨脹。」


可是啊,這個宇宙的神奇早就超越了正常人能想像的下限。當前宇宙加速膨脹已經在1998年被發現了,早期宇宙憑啥不能?看到現代宇宙學居然長這樣,愛因斯坦都得一臉懵文明用語。在早期宇宙言必稱牛頓,小心讓人當牛給燉了。


其實,如果宇宙的主要成分一直是本本分分的物質,不亂跑、不打滾,那麼牛頓引力還是可以勉勉強強描述宇宙演化的。可惜,宇宙中曾經充滿了亂跑的輻射(速度約光速的相對論性物質,壓強很大,牛頓引力不能描述過大的壓強)和打滾的場(比如電磁場就是一種場,這裡我們主要考慮更簡單的「標量」場,滾動的場可以造成負壓強)。這些貨,牛頓引力就hold不住了。特別是慢慢滾開著的場,破壞了引力要吸引的規章,引領早期宇宙加速膨脹,是為暴脹。目前我們還不知道暴脹期間宇宙的能量有多高。不過一般認為,暴脹期間宇宙的能量標度可達目前對撞機(比如大型強子對撞機)能量的10的10次方倍。暴脹末年,驅動暴脹的滾開場隕落,衰變成亂跑的輻射。從此大爆炸前傳收場,熱大爆炸開篇。


暴脹宇宙學,關鍵在於宇宙加速膨脹。現在的宇宙,就正在加速膨脹。圖片來源:Coldcreation


暴脹宇宙學獲得了巨大的成功和大多數物理學家的青睞。不過,除了暴脹,也有幾個其它候選劇本,在一定的設定下也能解釋目前的觀測。


比如弦氣宇宙學。大家注意發音,跟我念,弦~氣~宇宙學,不是嫌~棄~宇宙學。弦氣宇宙學認為,「天地有正氣,雜然賦流形」。要說正氣,粒子組成的普通氣體不夠正。咱考慮用弦組成的全息氣體。【啥叫粒子啥叫弦?參見嘎達湯對決麵條;啥叫全息?你頭腦裡想啥(空間體積中的信息),都從臉上看出來(全然體現於其邊界),這是一個看臉的世界。】弦組成的氣體,雜七雜八地束縛在時空流形上,拖累得宇宙只能緩慢膨脹。直到最終,束縛解開,宇宙大爆炸正劇開場。至於怎麼具體描述緩慢膨脹的弦氣,還需進一步研究。


比如火劫宇宙學。古人說「鳳凰身宇宙」,那宇宙能不能像鳳凰一樣涅槃一個?火劫認為,宇宙早期緩慢收縮,通過火劫,反彈成膨脹的宇宙。要問火劫宇宙有啥困難,看過修仙小說沒?困難就是渡劫。一旦沒渡好,把宇宙轟成渣了,還能不能接著好好膨脹,假裝歲月靜好?如何渡劫,是火劫進一步研究的關鍵。要是再有點追求,修仙小說的主角哪有隻渡一個劫的?丘處機說,「任循環宇宙,不管東西」。宇宙循環著渡劫,就成了循環宇宙分劇本。


宇宙早期有可能是另一個宇宙,緩慢收縮然後再反彈膨脹。圖片來源:pbs.org


再比如非奇異反彈宇宙學。和火劫不同,非奇異反彈在收縮的時候麻利點,不磨磨蹭蹭,然後反彈的時候溫柔點,不渡劫。這主意不錯。不過收縮的時候太麻利,把宇宙整的太不均勻不各向同性了咋辦?「不患寡而患不均」。要是宇宙不各向同性了,重新把宇宙熨平的麻煩可不是蓋的。


當然,就算不幸的劇本各有各的不幸,存在替代劇本總是件好事。人們評價好壞,都是相對而言。沒有墊背的,怎麼知道暴脹劇本好?所以說,就算思想再正統,別埋怨人家「異端塞宇宙,不能別渭涇」。再說,就算替代劇本目前還不那麼靠譜,但是萬一哪天實現了呢?


相關焦點

  • 諾貝爾物理學獎獲得者:大爆炸之前還有其它宇宙
    他認為我們的宇宙並不是第一個存在的宇宙,而且它也不是最後一個。大爆炸並不是宇宙的開始,在大爆炸之前就有一些東西,而這些東西就是我們將來會有的東西。科學家認為,這個起點是宇宙時間和空間的起點,在此之前,談論時空是沒有用的。就像一個嬰兒剛出生,你無法說他十年前長啥樣。但是,這個奇點在某種複雜的物理機制下,產生了「大爆炸」,宇宙空間開始膨脹。​經過了137億年的時間,宇宙演化成了我們現在所看到的樣子。
  • 宇宙大爆炸之前有什麼?大爆炸之前,是另一個宇宙
    彭羅斯認為,我們目前所處的這個宇宙可能只是無休無止不斷重複出現消亡的循環宇宙中最新的一個而已。宇宙大爆炸理論認為現存宇宙是由一個緻密熾熱的奇點於137億年前一次大爆炸後膨脹形成的。那宇宙之前是什麼呢?彭羅斯認為宇宙的終結就是另一次大爆炸的開始,宇宙就是在大爆炸-膨脹-大爆炸-膨脹中無限循環。也就是他認為:大爆炸之前,是另一個宇宙。
  • 宇宙大爆炸之前一無所有,物質真的是「無中生有」嗎?
    按照目前的主流學說,宇宙起源於138億年前的奇點大爆炸,奇點體積無限小,密度無限大。按照猜想宇宙大爆炸之後,會釋放出等量的正物質和反物質,正反宇宙相遇會湮滅並且釋放能量,所以宇宙大爆炸之後物質又會立即湮滅。但為什麼我們的宇宙沒有湮滅呢?
  • 宇宙誕生於大爆炸,大爆炸之前的宇宙又是怎樣呢?
    大爆炸之前存在什麼? 大爆炸創造了空間和時間。在那之前,沒有空間。科學家如何看待無空間狀態?
  • 宇宙大爆炸之前,經過了多少地球年?
    宇宙大爆炸之前經過了多少地球年?首先人類是極其渺小的,渺小到什麼程度呢?連太陽系都是極其渺小的,而人類到目前為止,所製作的旅行者1號和2號都還沒飛出過太陽系。地球年是極其短暫的,短暫到什麼程度呢?太陽系繞銀河系中心旋轉一周的時間是200萬年,這也僅僅就是一個冰河期的小周期吧。
  • 「大爆炸之前」的宇宙什麼樣?
    50多年來,大爆炸理論在宇宙學中逐漸具有了至高無上的地位,被眾多科學家用來描述宇宙的起源。該理論還包括了一段暴脹時期,發生在大爆炸之後的極短時間內。在暴脹之後,宇宙繼續膨脹,直到今天,但速度低得多。多年來,宇宙暴脹和宇宙大爆炸也一直受到天文學家和天體物理學家的挑戰,但每一次有新的關鍵觀測結果出現時,那些替代的觀點就都消失了。
  • 宇宙大爆炸之前發生了什麼?
    大爆炸是否是宇宙真正的開始?「火」宇宙一直在燃燒,循環宇宙能否得到可靠的映證? 當然,在物理學家決定將宇宙大爆炸置於大反彈的循環圈內之前,這些理論預測需要承受實驗觀測的考驗。
  • 宇宙大爆炸理論有哪些證據,在大爆炸之前宇宙又是什麼?
    宇宙大爆炸理論是目前解釋宇宙起源和演化的最佳理論,雖然該理論具有爭議,但還是有很多實驗數據能夠支持該理論;關於宇宙大爆炸之前的事,是該理論禁止談論的,因為那時候時間和空間都不存在。宇宙大爆炸理論在一百多年前,科學家都認為宇宙是穩態的,甚至愛因斯坦在建立廣義相對論時發現宇宙的不穩定性,還錯誤地引入「宇宙學常數」來抵消這個不穩定,從而得到了穩態的宇宙模型。
  • 宇宙大爆炸之前會是什麼樣子?聽完科學家的解釋恍然大悟
    可是對於宇宙的起源問題卻遠比探索地外文明的存在要困難很多,現代科學提出了宇宙大爆炸的設想,認為我們的宇宙起源於138億年前,那個時候一個質量無限大,體積無限小的奇點發生了大爆炸,隨之宇宙誕生,而誕生後的宇宙也在不斷快速膨脹。我們不知道宇宙大爆炸理論是否正確,如果它是正確的,這裡又會產生另外一個問題:宇宙大爆炸之前會是什麼樣子?
  • 宇宙溯源︱ 「大爆炸」之前發生了什麼?
    但在「大爆炸」之前是什麼樣的? -- 這是自然而然產生的疑問。對此,物理學家們有著不同尋常的解釋。理解「大爆炸」首先要理解的是,「大爆炸」到底是什麼? 「大爆炸」是一個時刻,而不是空間的一個點。儘管很容易 -- 以神一樣的視點,想像自己能站在虛空中,在「大爆炸」之前觀察,但那是不可能的。因為,並非宇宙擴大到空間,而是空間本身擴大了。無論在宇宙中哪裡,如果追溯回到138億年前,都會來到這個點,那裡極度熱,密集且快速膨脹。沒有人確切地知道宇宙中發生了什麼,直到「大爆炸」一秒鐘後,宇宙冷卻下來,足以使質子和中子相撞並粘在一起。
  • 宇宙大爆炸之前究竟發生了什麼?
    宇宙大爆炸一般被視作萬物的開端:約138億年前,可觀測宇宙發生了一場劇烈爆炸,一切也隨之從無到有。但在大爆炸之前,情況又是怎樣的呢?簡單的回答:不知道。長一點的回答:大爆炸之前可能有很多很多東西,每一種都極其複雜、令人頭疼。我們首先要理解宇宙大爆炸究竟為何物。「宇宙大爆炸是時間的一個瞬間,而不是空間中的一個點。」
  • 宇宙大爆炸之前存在什麼?
    宇宙大爆炸理論是什麼?,這四項觀測指標大爆炸理論都能很好的解釋,而其他宇宙理論就差強人意了,所以最終大爆炸理論戰勝其他理論得到科學界共識。宇宙大爆炸之前存在什麼?所以討論大爆炸之前的事情沒有任何意義。他們說大爆炸其實可能是大反彈。有的宇宙學家認為宇宙就像肺,不斷地重複著膨脹收縮的過程,每次都收縮到一個特定的大小,另一些人則認為宇宙只反彈了一次,在反彈之前一直在收縮,而在反彈之後就永遠膨脹。在這兩種模型中,時間都是無始無終的。
  • 宇宙起源於大爆炸,那麼宇宙大爆炸「之前」到底是一個什麼樣的存在?
    (宇宙探索QQ群:1145693748)首先,按照宇宙大爆炸理論所說
  • 宇宙大爆炸之前,密度是否存在?
    關於宇宙起源,我們已經接受了宇宙大爆炸的理論,這是最好的解釋,那麼問題來了,在宇宙沒有誕生之前,是否存在密度?在大爆炸之前,沒有任何內容包含在內。直到大爆炸發生,能量密度變得低到足以使物質形成最基本的物質組成部分之前,將物質限制到光速的物理定律是不存在的。然後奇點中的幾乎所有能量都轉化成了宇宙中所有的能量,物質,暗物質和暗能量。
  • 宇宙大爆炸之前發生了什麼?
    宇宙大爆炸理論,大家聽的比較多,應該比較熟悉了。在宇宙的初期,它是一個無窮緻密的,小球狀的物質。然後,它發生了爆炸,生成了我們現在看到的原子,分子,星球和星系。這個理論,至少是過去幾十年來物理學家給我們講的最初宇宙的模樣。
  • 宇宙大爆炸之前是什麼樣的?宇宙是如何來的?
    宇宙是如何來的?現有的宇宙觀認為我們的宇宙是來源於大爆炸,無數億年前,宇宙發生了大爆炸,於是有了各星系,各個行星,各個恆星以及其它的一切物質。但宇宙大爆炸之前,宇宙是什麼樣的?這就誰也說清了,但這並不能阻擋科學家去尋找答案。
  • 宇宙大爆炸之前是什麼樣的?宇宙是如何來的?
    現有的宇宙觀認為我們的宇宙是來源於大爆炸,無數億年前,宇宙發生了大爆炸,於是有了各星系,各個行星,各個恆星以及其它的一切物質。但宇宙大爆炸之前,宇宙是什麼樣的?這就誰也說清了,但這並不能阻擋科學家去尋找答案。    英美等國的宇宙學研究專家在研究宇宙微波背景輻射時,分別發現了比現在宇宙還要古老的恆星,其壽命居然超過了138億年。
  • 宇宙大爆炸之前到底發生了什麼?
    但最近,新的理論物理學研究發現了一扇通向極早期宇宙的可能窗口,並指出這段時期可能根本就不是真正的「極早期」。相反,這可能只是最近一次「爆炸—反彈」周期的一部分。這樣的循環至少出現過一次,並可能永遠持續下去。  當然,在物理學家決定拋棄大爆炸而選擇「大爆炸-反彈」周期之前,這些理論預測還需要經過大量的觀察檢驗。
  • 宇宙大爆炸才出現的空間,那宇宙大爆炸之前有沒有空間?
    廣闊的草原,蔚藍的天空,深邃的宇宙,我們可以真真切切地感受到空間的存在。如果現在有人說,在宇宙誕生之前不存在時間與空間,你會相信嗎?如果宇宙誕生之前不存在時間與空間,那麼這一切又從哪裡來?最為關鍵的是,宇宙誕生之前的狀態是什麼?誰來盛放這海量的物質? 如果說之前是模糊宇宙學,那麼現在就一定是精確宇宙學了,不僅需要理論,也更需要實際觀測的支持。
  • 宇宙是大爆炸形成的,那麼大爆炸之前,世界又是一番怎樣的景象?
    宇宙是大爆炸形成的,那麼大爆炸之前,世界又是一番怎樣的景象?星辰大海,無邊的宇宙一直以來就是無數科學家所探求的極致。對於宇宙,有著太多太多的未解之謎。比如宇宙的形成,宇宙的膨脹以及宇宙的終結。這3大問題一直困擾著無數科學家,他們前赴後繼,想要尋求一個完美的答案,但是縱然有著巨大的腦洞,卻依舊無法解釋一些宇宙現象!今天我們就跟著筆者一起來看看宇宙的起源吧!筆者就用自己微不足道的方式,來解析一下整個宇宙的形成過程。當然,在這之前,我們還得了解一下著名的大爆炸理論。