宇宙是誕生在一個實體裡面嗎?

2020-12-04 時空通訊

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

這是網友提出的問題,他問的是:請問天文學家宇宙大爆炸前太空是實體嗎?

我不是天文學家,但我會鸚鵡學舌,將一些科普常識搬來與各位共享。

大爆炸宇宙模型還是一個科學猜想,但這個猜想經歷了100多年的驗證,已經有許多證據支撐,而幾乎沒有一例反證來證偽。

這些證據我在過去的文章中多有論述,這裡就不多講了。

根據大爆炸宇宙論模型,宇宙大爆炸發生在138億年前,是由一個奇點膨脹開來的,到現在可觀測宇宙直徑約930億光年。那麼在宇宙大爆炸發生前,我們宇宙是什麼樣子呢?

其實有這種想法的人本身就是一個悖論。這裡面包含著宇宙大爆炸前沒有宇宙,怎麼還會有「我們宇宙是什麼樣子呢」這麼個問題?這個問題應該是不存在的。

因此所謂「宇宙大爆炸前太空是實體嗎」同樣是一個悖論。「太空」本身就是我們宇宙的一個事物,宇宙大爆炸前哪來的太空?就更別說實體了。

有這種觀念的人,是把自己局限於我們現實世界這個「籠子」裡來思考了。

他們把宇宙沒有誕生前當做了黑夜中我們現在的空間,然後想像著在這漆黑的夜空放了一個煙花,於是宇宙出現了。他們想像,在這個煙花以外,依然是漆黑的夜空,煙花之中就是我們的宇宙。

事實完全不是這樣的。

我們無法用現實中的一切來描述宇宙誕生之前,因為時空是宇宙誕生後的產物。在宇宙誕生前,沒有時間,沒有空間,也沒有物質,就是什麼也沒有,怎麼有實體呢?

現在的理論是,我們所有的理論都無法追溯到奇點之前的事物,因為奇點就是時空的終結之處,我們所知的所有一切都在奇點處消失,一切化為虛無。

這種虛無不是我們了解的這種空間虛無,而是連空間也沒有的虛無。

量子理論給了人們窺探大爆炸前的樣子提供了一絲曙光。

量子力學理論上認為,人類永遠都無法知悉宇宙大爆炸之前的事物,即便大爆炸之後也只能夠了解普朗克時間以後的事物。

何謂普朗克時間?就是量子力學理論得出的最短時間尺度,為10^-43s。也就是1千億億億億億分之一秒。量子力學認為,這是人類能夠了解事物的時間極限,在這個時間以後,理論上認為是可以認識的;但在這個時間之前,任何事物都沒有意義。

現在的大爆炸宇宙模型描述的時間簡史,就是從普朗克時間開始的。

雖然如此,量子理論還是給大爆炸前的虛空狀態做了一些假設:宇宙大爆炸前,一片虛空,就是沒有時間、空間、物質的那種虛空,但在這些虛空中還是充滿了量子漲落的不確定性。

所謂量子漲落就是認為在真空中存在巨大零點能。

這種能量會以虛粒子對的形式不斷隨機的出現,又會正負相碰撞而湮滅,這種出現和碰撞是基本對稱的,這種對稱性幾乎達到完美狀態。

但壞就壞在「幾乎」,或者說好也好在「幾乎」。因為正是這個「幾乎」完美出現了極其小概率的差異,也就是「破缺」。這種破缺讓一個虛粒子對其中的一個逃逸了,爆發了,就形成了我們的世界。就是這個「破缺」,造就了宇宙,造就了太陽系,造就了地球,出現了生命和人類。

真空零點能的理論基礎來自「海森堡不確定性原理」,其存在已經被證實。

1948年,荷蘭物理學家亨德裡克·卡西米爾提出了一項檢測這種能量的方案,實驗的方法是將兩塊金屬板靠攏,在排除任何作用力前提下,它們會產生相互靠攏的力,靠得越緊這種吸力會越大。

人們把這種狀態做「卡西米爾效應」。1996 年,物理學家們首次對「卡西米爾效應」進行了測定,驗證了這種效應的存在,測量結果與理論值相差不到1%。

如果這種能量真實存在,將為未來人類能源開發打開一個金庫,人類深空遠航可以不帶任何燃料永久的航行下去。許多科研機構都在開展這方面的實驗,有一些宣稱取得的進展。

這個理論裡面局部有一些似乎違背了能量守恆定律的現象,由此有人又重拾起了永動機的論調,為此使得一些實驗具有爭議。

雖然真空零點能已經得到科學界的普遍承認,但一些利用真空能的研究項目卻沒有得到主流科學的承認,甚至許多研究被認為是騙子。因此這種能量的開發和利用看來還任重道遠。

至於宇宙大爆炸前是不是這種量子真空漲落現象呢?誰也說不清,而且是無法驗證的。

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