宇宙誕生前什麼都沒有,那物質是怎樣在虛空中出現的?

2020-12-06 李論科學

人們常說,你不可能空手套白狼,你不可能無中生有,這些話適用於生活中的大多數情況,也是我們所知的真理。但是並不適用於我們的物理宇宙。

我這裡說的不僅僅是宇宙中的一小部分,而是整個我們所能認知到的宇宙。現在看一下你周圍的一切,不管是你辦公桌上的陳設物品,或者是地球上的生命奇蹟,還是數十億光年之外的宇宙中所能看到的一切,我們每個人都很好奇,這一切來源於哪裡?宇宙真的是無中生有嗎?要解答這個問題,我們首先要了解「無」的科學定義!

在科學中什麼是「無」

幾個世紀以來我們試圖用科學的方法來回答這個問題。為了了解這一切的來源,我們首先要給「無」下一個科學的定義。現在我們知道,在宇宙中充滿了物質、輻射和能量,如果我們把以上這三種東西都排除在外,創造一個完美的、寒冷的、孤立的真空,你認為真空中還剩下什麼?是真正的「無」嗎?在我們的意識裡,這是肯定的!

根據廣義相對論,我們知道質量或能量的存在,就會扭曲宇宙的時空結構,也就是說,如果我們想真正達到物質虛無的狀態,我們的宇宙就什麼都沒有。從理論上講,理想的情況就是真實的虛無:沒有輻射,沒有能量,沒有空間曲率。我們可以想像一個完全空無一物的空間,我們周圍的時空沒有曲率,而是完全平坦的。

這種「無」在我們宏觀世界中是真正意義上的無,而我們目前的科學理論認為整個宇宙就是從這種虛無中誕生的。

如果我們將宇宙中的所有物質、能量和曲率移除,就只剩下一個空的時空。在大尺度上(這裡的「大」意味著比質子等亞原子粒子大)時空確實看起來像我們上文中提到的平面網格。但是如果我們開始觀察更小的尺度,這幅空的時空圖景就不成立了。

在最小的物理尺度上(普朗克尺度)時空根本不是平的。空無一物的空間本身會振動和彎曲,在任何給定的時間內,看似空無一物的空間中其包含的能量存在根本的不確定性。

在非常小的尺度上,量子真空通過在非常短的時間內自發地產生成對的粒子和反粒子來表現出量子層面的基本不確定性。這不僅是理論上預測,也是實驗性的事實。

我們可以人為地製造一個真空室,雖然這個真空室不是很完美,但足以探測到真空中自發產生的粒子-反粒子對的物理效應。

在一個真空室裡面放兩個平行的不帶電的金屬板,如果沒有真空量子漲落,板塊之間的力由萬有引力決定。但是如果我們把兩塊板靠得足夠近,就會發現真空波動會導致板塊互相吸引!這種吸引力在本質上純粹是量子漲落引起的,1948年以來我們已經探測到了這種效應,而且是絕對可靠的實驗證據,這就是虛無的物理本質。現在,我們把真空量子漲落和時空膨脹結合起來!

一個充滿量子漲落的真空和空間膨脹的結合會發生什麼

我們都知道宇宙在早期經歷了暴漲階段,宇宙空間呈現出指數膨脹,如果宇宙膨脹得足夠快,真空量子漲落產生的虛擬粒子對可能會陷入膨脹的時空中,也就是說產生的虛擬粒子對還沒來得及湮滅,就會被空間的暴漲分隔開來,不會再次湮滅,而是延伸到「空」時空中!

如果宇宙的早期存在於亞穩態或假真空狀態,那麼只要保持這種狀態,量子漲落就在宇宙的各個尺度上被拉伸。

但宇宙暴漲這種狀態不會永遠持續下去;宇宙最終會處在一種更加穩定的狀態。當這種情況發生時,也就是宇宙暴漲結束的時候,宇宙會從亞穩態向更穩定的狀態轉變的過程中自發地產生物質和能量,這個過程被稱為宇宙再加熱。

曾經延伸到整個宇宙的量子漲落,就變成了物質/能量最初比平均密度略高或略低的區域。

隨著宇宙年齡的增長,在萬有引力的作用下,在數百萬乃至數十億年的時間裡,密度更大的區域不斷增長,形成了今天充斥著我們的宇宙的恆星、星系和星團。

當宇宙發展到今天的時候,我們就看了到現在所處宇宙的模樣。我們從無到有,這一切都來自於只包含量子真空能量的空時空,是「虛無」的真空創造了今天的宇宙,創造了數十億個星系、恆星,以及我們所知道的一切。

我們所知道的一切正是來自虛無的真空

最令人驚奇的是我們現在看到的宇宙仍然在膨脹,而且空間中還包含了少量的真空能量。

這說明宇宙暴漲停止時,有一部分真空能量被鎖定在了真空中,真空仍然有一個非零的基本能量。這種時空的基本結構,最終會隨著恆星燃燒、死亡、星系分離、所有不穩定的粒子的衰變,會讓宇宙在遙遠的未來再次進入一個寒冷、平坦、空虛、膨脹的虛無狀態。

因此整個宇宙來自於一種虛無的狀態,而我們的宇宙最終也會返回到另外一種稍微不同的虛無狀態。一切都從這個虛空中來,我們本身就是虛無。

相關焦點

  • 宇宙誕生前,是虛空。0時,宇宙在虛空漲落中誕生,然後創世一炸
    宇宙膨脹的證據,由深空觀測到星光的紅移為證。而且離地球越遠的星系,相對於地球的退行速度越快。如果沿著時間軸,向前回溯138億年,宇宙會收縮成一個點。這就是宇宙創世的起點。沒有辦法回到138億年前,創世的那一刻,我們沒辦法看到。那麼接下來的問題就是,既然有起點,那麼起點之前是什麼?
  • 宇宙起源之謎:或從「虛空」中誕生?
    宇宙起源一直是科學家研究的問題,在我們的眼中事物發展變化總是有一個起因的,宇宙也不可能憑空出現,但是科學實驗卻告訴我們,宇宙或許真的是在虛空中誕生
  • 宇宙沒有誕生前奇點周圍有空間和能量嗎?
    在奇點爆炸前,一切都是虛無,只有量子泡沫隨機漲落。什麼是量子泡沫呢?就是在宇宙誕生前,一片虛空。這個虛空不是我們現在自以為是的真空,而是真正一點什麼都沒有個真空。我們現在的宇宙中,最真空的地方也有一兩個粒子在飄蕩,所以這就是時空,而宇宙誕生前的真空才是真正的量子真空。量子理論認為,量子真空又叫假真空,沒有空間,但卻充滿了能量。
  • 宇宙大爆炸前沒有時空,也沒有物質,那奇點有溫度嗎?
    許多人對宇宙大爆炸前的奇點充滿了好奇,但說實話,我們人類是宇宙大爆炸後的產物,只能夠了解自己這個時空裡面的事情,宇宙大爆炸之前不屬於我們這個時空,因為那時候時空還沒有出現。因此現在任何理論對宇宙大爆炸前的理解都是一種猜想,並非定論。
  • 宇宙誕生前的「一切什麼都沒有」是否超出人的思考能力?
    宇宙誕生「前」什麼都沒有宇宙誕生之前的確什麼都沒有。這個「什麼都沒有」是人類目前用物質的傳統存在方式(時間和空間)衡量的結果。人們還沒「看到」或還不知道別的存在方式是什麼樣,但人們現在並不否認物質還有別的存在方式。
  • 既然物質不能憑空出現,那宇宙是怎樣誕生的?
    而在知道這個事實之後,許多人心中出現了一個疑問:物質不能憑空出現,那麼最初的宇宙是如何誕生的呢?  可能和很多人想的不一樣,物質其實是可以憑空出現的。在早前的物理學中,質量和能量是分別守恆的,它們各管各的互不影響和侵犯。
  • 宇宙的前世今生,宇宙年齡怎樣算出的?宇宙誕生前世界什麼樣?
    正是這位天文學家在宇宙觀測中發現了一個驚人的事實,那就是所有的星系都在相互遠離,哈勃在觀測中發現,越是距離遙遠的星系,它們背離的速度就越快,而這一發現就成為了後來宇宙膨脹理論的基礎。現在我們已經確定了宇宙一直處於膨脹之中,而宇宙膨脹理論又成為了宇宙大爆炸理論的基礎。無論怎樣講,宇宙的大爆炸理論都是在現有認知水平下對於宇宙起源最有說服力的理論。
  • 宇宙誕生前奇點外面什麼都沒有也算一種空間嗎?
    大爆炸宇宙論認為,宇宙沒有誕生前是一個奇點,這個奇點體積無限小,熱度無限高,曲率無限大,密度無限高。這四個無限的基礎就是這個體積無限小。什麼是體積無限小呢?就是一個電子都是有有體積的,這個宇宙奇點當然應該比電子還小,而且比人類理論上可以認知的普朗克尺度還要小,無窮小。
  • 宇宙大爆炸前沒有空間和時間,能夠通俗的描述是一個什麼狀態嗎?
    有人提出這樣的問題誰能通俗地描述宇宙爆炸前的空間和時間?首先要指出的是,宇宙大爆炸之前沒有空間和時間。或者說沒有我們世界認識的空間和時間。時空和物質是在宇宙大爆炸那一刻誕生的。時空加物質三位一體,組成了宇宙。
  • 我們的宇宙在沒形成之前是什麼?之前是不是根本就沒有宇宙?
    至於誕生了無限多個宇宙的虛空,則充斥了無限多的信息元,這些信息元,在虛空大潮中中不斷漲落宇宙根本就沒有起源,宇宙也根本就不需要什麼起源!宇宙是什麼?宇宙就是無限的虛空中運動著無限的物質!霍金說奇點爆炸之前什麼也沒有,沒有時間沒有空間沒有物質?是完全的虛無!?可他不明白,這啥也沒有的虛無恰恰是宇宙的根基!
  • 宇宙誕生前沒有空間,什麼也沒有,但什麼也沒有算不算一種空間?
    這個問題看似簡單無聊,但裡面隱藏的很多錯誤思想已經成為人們頭腦中根深蒂固的觀念了,在這裡有必要澄清一下,另外「類空」的問題都比較晦澀,你有耐心和腦力就看,但不勉強。下面是回答。「什麼都沒有」當然不算空間了。
  • 量子理論:宇宙誕生於虛無,但該理論為何在宇宙誕生前就已存在?
    霍金及其合著人倫納德-曼羅蒂諾斷言物理法則讓整個宇宙自發形成。霍金表示,宇宙銀河系太陽系地球,以及所有一切事物都可以無中生有,它們可以在量子論的空間中自發產生,所以我們真的不需要上帝來創造宇宙,只需遵循物理定律就可形成。宇宙可以自發地從無到有,是因為根據量子論物理學,粒子可以憑空出現一小段時間,然後再度消失,科學家已經在實驗室觀察到這種現象並測量過。
  • 宇宙是誕生在一個實體裡面嗎?
    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。
  • 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。
  • 人類本源的宇宙是怎樣誕生的?
    人類本源的宇宙是怎樣誕生的?時間: 2007-08-15   來源: 中國網   作者: 海嶼 其它各種人類的最本源的問題,無不發源於這個最最基本的問題——宇宙到底是怎樣開始的?我們的宇宙究竟是從何起源的?  這可能是世界上最偉大的未解之謎了,而且其它的未解之謎也都全部根源於此。其它各種人類的最本源的問題,例如生命是怎樣起源的?什麼是意識?什麼是反物質?什麼是暗物質?什麼是萬有引力?……無不發源於這個最最基本的問題——宇宙到底是怎樣開始的?
  • 宇宙中最原始的物質到底是從哪裡來的?真的是無中生有嗎?
    宇宙由一個緻密熾熱的奇點於138億年前一次大爆炸後開始膨脹而成,宇宙萬物從那時起開始誕生了。那麼宇宙最原始的物質是從哪裡來的呢?真的是無中生有的嗎?就比如說前面提到的,宇宙最原始的物質是從哪裡來的?萬物的起源是什麼?如果萬物源於0,那麼0又是怎麼來的呢?假設要用哲學思想來解釋,那最終萬物還是源自於「無」,從「無」中生有,這樣才能避免陷入死循環。那這「無」到底是什麼呢?
  • 初始宇宙一無所有,它是如何誕生物質的?
    關於宇宙誕生的描述是多種多樣的。有一些科學家認為宇宙是誕生於觀察者的意識,這是一種令人匪夷所思的宇宙誕生輪。還有的科學家說宇宙是誕生於黑洞之中的,因為多數星系的中心都是圍繞著黑洞。更有一些科學家說宇宙是誕生於「音符」震動之中的,這是一種更奇思妙想的宇宙誕生輪。
  • 在宇宙未誕生前,什麼都不存在的環境是個什麼樣子?
    宇宙未誕生前,什麼都不存在的環境是沒有樣子的。現代宇宙學認為宇宙是有開端的,它起源於一次大爆炸,爆炸產生了物質、時間和空間,在此「之前」宇宙是不存在的,什麼都不存在。「樣子」是個空間概念,沒有空間,哪來的樣子?
  • 論虛空與物質以及何以見
    透明這個概念饒有意思,透明之前提是物體的存在,我們所見的物體或物質可分類為四種,固體、液體、氣體、虛空。前三類物體都可見,都不透明。水是透明的,零度以下結冰可見,氣體也可加壓成液體,仍然可見。而虛空則無所不在,又不能看見,似乎是透明的。
  • 銀河系與仙女座相距254萬光年,中間是一片虛空,什麼都沒有嗎?
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