從無到有,一切開始的地方——宇宙大爆炸理論

2020-12-07 騰訊網

一切的起源是宇宙大爆炸的觀點認為宇宙是突然間出現的，而且不是無盡的。直到20世紀中葉，大多數科學家仍認為宇宙是無限的，永恆的。直到愛因斯坦的廣義相對論讓我們更了解引力，還有埃德溫·哈勃發現星系彼此遠離這一同先前預測相符的運動規律。

圖1. 宇宙微波背景全天圖，由威爾金森微波各向異性探測器9年成果繪製

1964年，偶然間發現了宇宙背景輻射，宇宙背景輻射是早期宇宙的遺留，和其他觀測證據共同使大爆炸成為公認的科學理論。此後，科技的進步，如哈勃望遠鏡給我們提供了宇宙大爆炸和宇宙結構的優質影像。最近的觀測結果甚至意味著宇宙的膨脹正在加速。

圖2. 發現號太空梭在STS-82維修任務中拍攝的哈勃空間望遠鏡

但是，大爆炸是如何運作的？從無中如何能生有呢？讓我們來探討我們所知道的。現在我們可以忽略一開始的部分。首先，大爆炸並不是爆炸。它是所有的空間一瞬間伸展到每一個地方的過程。宇宙一開始是十分，非常，極其的小並且迅速擴展到足球的大小。宇宙並沒有擴展進任何東西，空間只是擴展成了它自己。宇宙並不能擴展進任何東西，因為宇宙是沒有邊界的。根據定義，沒有宇宙之「外」。宇宙就是全部。

圖3. 膠子

在這個炎熱的，密集的環境裡，能量存在於壽命極短的粒子中。膠子破壞彼此，創造出夸克對，也許會釋出更多的膠子，找到其他短壽命的夸克進行交互作用形成新的夸克對和膠子。物質和能量不只是理論上等價，在如此熱的環境之下，它們幾乎同樣的東西。這一次，物質贏了反物質。今天，我們留下了幾乎所有的物質而幾乎沒有反物質。十億裡的一個物質粒子是由十億個反物質粒子所形成。為了代替一個龐大的終極力量，這裡有精簡的版本表示幾個不同的作用法則。

圖4. 電子與正子湮滅的費曼圖，膠子通常是以螺旋線表示

現在，宇宙的直徑拉伸到十億公裡，這導致溫度下降。夸克的循環出現，轉換回能量的過程突然停止。現在我們從僅有的東西開始。夸克開始形成新的粒子，強子，如質子和中子。夸克的組合可以形成各種強子，但只有極少數在任何時間內是穩定的。從大爆炸開始到現在只過去了一秒，宇宙已經伸展到1兆公裡，現在已經冷卻到足夠讓大多數中子衰變成質子並形成第一個原子，氫。

圖解：自旋為1的介子所形成的九重態。

想像一下，宇宙現在是非常熱的湯，有攝氏一千億度，充滿著無數粒子和能量。在接下來的幾分鐘，所有東西快速冷卻。強子和電子形成穩定、電中性環境的原子。有些人稱這時期為黑暗時代，因為沒有星體，氫氣不讓可見光走動。但是，在還沒有任何有眼睛的生物存在的時候，可見光又有什麼意義？當幾百萬年後氫氣凝結在一起，引力讓它承受著巨大的壓力，而星體和星系開始形成。它們的輻射溶解穩定的氫氣氣體成等離子體，直到今天仍然瀰漫在宇宙，並且讓可見光通過。最後，終於有了光！

圖5. 可觀測宇宙的空間尺度

好吧，但我們沒有談到的部分呢？在一開始發生了什麼事？這部分可以被定義為宇宙大爆炸。我們不知道在這裡發生的事情。在這裡，我們的工具無法作用，自然規律停止運轉，時間本身搖搖晃晃的。要了解這裡發生的事情，我們需要一種理論相結合愛因斯坦的相對論和量子力學，無數的科學家正在研究。

圖6. 宇宙時間表。在本圖中，時間軸的方向為從左至右，宇宙的其中一個維度則予以隱藏，因此在圖中的任何給定時間，宇宙會以碟狀「切片」的形態顯示。

我們還有許多懸而未決的問題。在我們的宇宙之前有宇宙存在嗎？這是第一個也是唯一的宇宙？是什麼啟動了大爆炸？還是那只是基於我們還不了解的法則發生的自然現象？我們不知道，也許我們永遠也不會知道。但我們知道的是，我們的宇宙在這裡開始了，而從這裡產生粒子，星系，星體，地球，和你。既然我們是由死星組成的，我們跟宇宙就沒有距離，我們是它的一部分。你甚至可以說，我們以宇宙的方式經歷它本身。所以，讓我們繼續體驗它，直到沒有更多的問題要問。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. Kurzgesagt – In a Nutshell-南北角

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相關焦點

  • 整個宇宙是如何從無到有的?
    我們的宇宙是由物質（而不是反物質）組成的，在任何地方，任何時候都遵守相同的物理定律，並且至少在我們所知的情況下，始於大約138億年前的大爆炸。它由廣義相對論控制，正在膨脹、冷卻，並且主要由暗能量（68％）和暗物質（27％）組成，其餘部分由正常物質、中微子和輻射組成。
  • 被大眾廣泛認可的宇宙大爆炸理論即將被推翻
    最近聽說宇宙大爆炸作為宇宙起源最靠譜的理論要被推翻了，甚至有激進的天文學家稱宇宙大爆炸理論其實是一個混淆民眾視聽的「陰謀」。宇宙大爆炸理論的首次提出是在1927年，由比利時天文學家和宇宙學家勒梅特提出此假說，如今是現代宇宙學中最有影響力的一種學說。
  • 宇宙的一切來自大爆炸,那麼大爆炸又是來自哪裡?
    「科學理論應該具有簡單性、解釋性、預測性。但目前我們所說的暴脹理論、多元宇宙似乎並沒有這樣性質。」——保羅·斯坦哈特，2014當我們談到宇宙誕生的時候，第一時間會想到宇宙起源於炙熱、稠密、膨脹的狀態，一切的物質都來自於此。
  • 宇宙大爆炸理論靠譜嗎？
    沒有造物主，宇宙大爆炸怎麼可能發生?　　在你提出沒有造物主，宇宙大爆炸(宇宙從最初的高溫和大密度狀態急速膨脹)是如何發生的這個問題之前,你必須先解釋「純精神」狀態的造物主是如何存在於空間和時間之外的。
  • 奇點大爆炸造就了宇宙，那麼奇點哪來的？
    這個問題理論上已經不再是謎，因為可以用宇宙大爆炸理論來解釋，宇宙開始有一個起點，經過不斷的膨脹和演變，逐漸形成了現在的規模，科學家認為它的直徑已經達到了920億光年，其中包括大約兩萬億個星系，每個星系有大約一千億顆太陽這樣的恆星，而每個恆星幾乎都有行星、彗星，衛星、小行星等，這樣的規模真的是讓人嘆為觀止
  • 宇宙起源可能不止大爆炸,還有另外的起源理論,你認可哪個?
    事實上，早在古希臘，人們就開始思考這個問題。他們稱之為「起源」問題。古希臘聖賢認為，我們生活的世界是從無到有進化而來的，它進化的原因是世界的四個基本元素：土壤、氣體、水和火。也許你會發現聖人給出的答案很荒謬，但是我們沒有資格嘲笑他們的答案，因為我們離這個問題的答案並不遠。
  • 宇宙大爆炸理論靠譜嗎?
    沒有造物主，宇宙大爆炸怎麼可能發生?在你提出沒有造物主，宇宙大爆炸(宇宙從最初的高溫和大密度狀態急速膨脹)是如何發生的這個問題之前，你必須先解釋「純精神」狀態的造物主是如何存在於空間和時間之外的。有些人說，最初的宇宙是真空的或是「虛無」的，或者可能是一些氣體爆炸，然後宇宙中的一切便開始進化到我們現在看到的階段。但是，從來沒有確鑿的證據證明「無中生有」的可能性，進化論本身也不例外。
  • 宇宙大爆炸並非宇宙的開始,而是我們認識宇宙的開始
    大爆炸並非宇宙的起點，而是我們認識宇宙的起點，也就是我們目前的認知僅限於從大爆炸開始，而大爆炸之前是什麼樣的，一切都只是假說與猜測，比較靠譜的猜測是暴脹理論。實際上，大爆炸理論並非難以理解，它基於幾個已經被證實的物理理論，因此大爆炸理論是比較靠譜的，下面聊聊是怎麼回事。
  • 批駁宇宙大爆炸理論
    宇宙大爆炸理論所依賴的前提假設條件目前都無法進行驗證大爆炸理論的「幾十億年宇宙進化論耶穌說：人在創造的開始就出現了，而不是漫長的「創造過程」的末尾階段才出現（馬可福音10:6）根據大爆炸理論，星體、太陽系和包括地球在內的行星是在緩慢進化的過程中形成的，這也意味著相信大爆炸理論的基督徒就不得不接受「地質進化論」（在地球上有化石的巖層都是經幾百萬年沉積形成的）。
  • 宇宙大爆炸的命名者:這個理論完全胡說八道!
    ，宇宙大爆炸理論就是其中之一。至少表面上是相當容易理解的：我們知道宇宙正在向各個方向膨脹，一些物理學家認為，一切開始的時候一定有個起始點。所有存在的物質都被壓縮成一個微小、熾熱、密集的奇點中，然後突然間爆炸變成了宇宙，並且一直在增長。不過，出人意料的是，這個目前普遍接受的宇宙起源理論的名字來源於一個人，而此人認為這個想法完全是胡說八道。
  • 根本沒有宇宙大爆炸？科學家：大爆炸理論的漏洞越來越多
    「宇宙大爆炸」理論認為，宇宙誕生之前空無一物，只有一個奇點。在138億年前的時候，這個奇點發生了爆炸，釋放出了大量密集的中子和電子，形成了最初的宇宙物質。科學家研究認為，宇宙現在還處於不斷膨脹的狀態，既然如此，那「大爆炸」理論完全可以解釋這種膨脹。但是實際上，人類對於宇宙起源的猜測依然在進行，「宇宙大爆炸」只是其中一種著名的猜想罷了。隨著科學家對宇宙研究的深入，「大爆炸」理論的漏洞越來越多，或許所謂的「宇宙大爆炸」根本就不存在，宇宙的誕生或許另有原因。
  • 根本沒有宇宙大爆炸?科學家:大爆炸理論的漏洞越來越多
    對於喜歡天文物理的朋友來說，宇宙大爆炸是一個經典的概念，它向我們解釋了宇宙的本源。「宇宙大爆炸」理論認為，宇宙誕生之前空無一物，只有一個奇點。在138億年前的時候，這個奇點發生了爆炸，釋放出了大量密集的中子和電子，形成了最初的宇宙物質。
  • 什麼是大爆炸理論?大爆炸理論是怎樣發現的?大爆炸理論有何缺陷
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  • 奇點大爆炸造就了宇宙,那麼奇點哪來的?你相信它最初也不存在嗎
    這個問題理論上已經不再是謎，因為可以用宇宙大爆炸理論來解釋，宇宙開始有一個起點，經過不斷的膨脹和演變，逐漸形成了現在的規模，科學家認為它的直徑已經達到了920億光年，其中包括大約兩萬億個星系，每個星系有大約一千億顆太陽這樣的恆星，而每個恆星幾乎都有行星、彗星，衛星、小行星等，這樣的規模真的是讓人嘆為觀止。
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    有的同學會說能量是宇宙大爆炸來的，那麼宇宙大爆炸的能量來源於哪裡呢？今天我們就來探討一下這個問題。　　我們知道關於科學家在解釋宇宙的來源時，最為接受的一種說法就是宇宙大爆炸，這種觀點認為宇宙是在過去有限的時間之前，由一個密度極大且溫度極高的太陽狀態演變而來的（根據2010年所得到的最佳的觀測結果，這些初始狀態大約存在發生於300億年至230億年前），並經過不斷的膨脹與繁衍到達今天的狀態。
  • 宇宙大爆炸理論中的宇宙奇點,它怎麼可能裝得下所有物質?
    其中宇宙大爆炸理論的起點，也就是供宇宙得以爆炸的是東西是一個無限小的奇點。宇宙大爆炸理論認為宇宙是由一個質量無限大，體積無限小的奇點爆炸而來，但是這個奇點存在太多令人不解的地方，也可以說存在很多不合理的地方。人類的一切都遵循合理性，一切東西都必須合理才能存在，但是宇宙是奇點爆炸產生的這個說法就存在眾多不合理性。
  • 科學界八大宇宙誕生理論各抒己見,宇宙大爆炸理論搖搖欲墜
    這是一個全新的觀點，將傳統的黑洞理論撕了個粉碎。傳統的黑洞定義是：黑洞是恆星在晚期坍縮成的一種超質超密超引力天體，它吞噬進入它視界的一切東西，哪怕「光」都無法逃脫。裡奇斯通提出的有關「黑洞」的全新理論，並不是空穴來風。
  • 世紀騙局:宇宙大爆炸實際上不是宇宙的開始
    在萬億分之一秒內，它的膨脹速度快於光速，從而形成了我們今天所知的宇宙。事實證明，人們對這個宇宙起源故事的普遍理解並不完全準確，而科學家幾十年來一直知道這一點。可能沒有奇異之處，與之前發生的膨脹相比，大爆炸之後宇宙的膨脹以蝸牛的速度發生。是的，大爆炸並不是宇宙的開始。 大爆炸有問題嗎？
  • 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。我們宇宙開始於138億年前的一次暴漲，宇宙從一個半徑無限小的宇宙奇點，發展成如今廣袤的宇宙，而現階段宇宙還處於加速膨脹當中，膨脹速度用哈勃常數描述，目前的數值為Hc=67.80km/s*Mpc。