本文出現的幾種理論術語解釋:「量子力學」「相對論」「圈量子引力場」
量子力學(Quantum Mechanics)是研究微觀粒子的運動規律的物理學分支學科,它主要研究原子、分子、凝聚態物質,以及原子核和基本粒子的結構、性質的基礎理論,它與相對論一起構成了現代物理學的理論基礎。量子力學不僅是近代物理學的基礎理論之一,而且在化學等有關學科和許多近代技術中也得到了廣泛的應用。
相對論是關於時空和引力的基本理論,主要由阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)創立,依據研究的對象不同分為狹義相對論和廣義相對論。相對論和量子力學的提出給物理學帶來了革命性的變化,共同奠定了近代物理學的基礎。相對論極大的改變了人類對宇宙和自然的「常識性」觀念,提出了「同時的相對性」、「四維時空」、「彎曲時空」等全新的概念。
圈量子引力論(loop quantum gravity,LQG),又譯迴圈量子重力論,英文別名圈引力(loop gravity)及量子幾何學(quantum geometry);由阿貝·阿希提卡(Ahbay Ashtekar)、李·施莫林(Lee Smolin)、卡洛·洛華利(Carlo Rovelli)等人發展出來的量子引力理論,和弦論是目前為止將引力論量子化最成功的理論。
宇宙大爆炸,起始於200~300億年以前,一般我們認為是150億年之前(取中間值).宇宙在那時只是一個點,一個奇點,一個密度無限大,質量無限大的點.在大爆炸之前,沒有時間,空間.因此,在宇宙誕生之前,談論時間和空間是沒有意義的,在大爆炸之前,任何物理定理也皆無效無意義.大爆炸以後,宇宙誕生了,時間之箭開始向前,空間開始無限擴大,宇宙按照規律運轉(物理學定理)......
對於宇宙爆炸之前,誰也無法去想像,物理學談到這裡仿佛到了終點,只能弄一句,爆炸之前一切都沒有意義.物理的死角,象牙塔吧.我也可以問更多更多,之前的之前又怎麼樣呢?問到最後,神也要問自己,我從哪裡來?
宇宙誕生之前,雖然沒有時間、沒有空間,但是有能量,且能量無限大。
一般認為,目前宇宙的年齡大約是150億年。現在被科學界普遍接受的觀點是,宇宙起始於150億年前的一次大爆炸。
按照大爆炸理論,宇宙起源於一個體積無窮小、質量、密度和能量均無窮大的奇點。一切都是從大爆炸這一瞬間開始的。也就是說,宇宙的一切,包括空間和時間,都起源於大爆炸。在大爆炸之「前」,一切均歸於無。沒有空間,沒有時間,沒有宇宙。
因此,大爆炸是空間的創始。在大爆炸之「前」,沒有空間。所以,沒有什麼「奇點以外」的東西。奇點就是一切,一切都在奇點內。整個「宇宙」都濃縮為奇點。
同樣,大爆炸也是時間的創始。時間從大爆炸開始。甚至都不能說「大爆炸之前」。因為「之前」是個時間概念,而時間是大爆炸後才有的。所以,沒有「大爆炸之前」,大爆炸是一切的開始。
你可能會說:「為什麼不能有奇點之外,為什麼沒有大爆炸之前呢?簡直無法想像!」確實,要悟透這些宇宙學理論,用我們的日常經驗去思維,當然是不行的。
當眾多小宇宙在進行著小循環的同時,也組成了大宇宙大循環的演化過程,大循環過程如下:大宇宙原始大黑洞---原始大爆炸---各個小宇宙的小循環(奇點---白洞---星系的演變---黑洞---奇點)---大宇宙大黑洞。大循環與小循環一起,周而復始。物質是永恆不滅的,只要物質存在,大宇宙循環將不停地輪迴下去,永無止境。
在宇宙的早期,溫度極高,在100億度以上。物質密度也相當大,整個宇宙體系達到平衡。宇宙間只有中子、質子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態的物質。但是因為整個體系在不斷膨脹,結果溫度很快下降。當溫度降到10億度左右時,中子開始失去自由存在的條件,它要麼發生衰變,要麼與質子結合成重氫、氦等元素;化學元素就是從這一時期開始形成的。溫度進一步下降到100萬度後,早期形成化學元素的過程結束(見元素合成理論)。宇宙間的物質主要是質子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當溫度降到幾千度時,輻射減退,宇宙間主要是氣態物質,氣體逐漸凝聚成氣雲,再進一步形成各種各樣的恆星體系,成為我們今天看到的宇宙。
1、那個點的產生好像沒有什麼通俗的解釋,我的猜測如下
世間萬物的是有引力的,那麼那個點最開始也是有引力的,它的引力最大,所以物質聚集就成了一個點,我猜測宇宙並不是空間中最大的模式,可能有比宇宙更大的
2、它的能量是來源於自身原子和粒子的碰撞,不斷的產生核能
3 、前提是在原子和粒子的不斷運動之下,這個點漸漸從一個穩定的結構(相對來說)便成了一個不穩定的結構——氣溫升高、能量加大,導致了這個點發生坍縮,最終發生了爆炸
作為現代物理學的兩大基本支柱理論:量子力學和相對論都可以用來解釋關於宇宙本質的許多方面內容,但是這兩個基本理論彼此卻又很難融洽地相處。在對宇宙大爆炸等問題進行解釋時,兩個基本理論顯得各有千秋,但歐洲的研究人員近日開發出一種新的數學方法似乎可以做到這一點,有可能揭開宇宙大爆炸之前到底發生了什麼。按照愛因斯坦的廣義相對論,空間是一個統一體,每個微小的時空都可以進行無限劃分。
科學家認為宇宙大爆炸前還存在宇宙
量子力學的基本理念與愛因斯坦的相對論不同,後者側重於宇宙時空的統一體,前者則基於離散的物理量,以量子的形式體現。此外,量子和其他物料現象都涉及到一個極小而且基本的尺度問題,這就是普朗克尺度。到目前為止,量子力學理論中沒有量化的引力模型,也就是說除了相對論中的引力模型外,我們已知的相互作用現象都可以在量子場論中得到體現。
對此,物理學家們提出了一種被稱為「迴圈量子引力論」(LQG)的理論,並通過量子場論嘗試解釋引力論的量子化過程,將廣義相對論引入到場論的道路上。該理論提出時間與空間的幾何特性由自旋網絡形成,自旋網絡中的每個邊界為一個普朗克尺度,無限的自旋網絡循環構成了時間與空間的幾何特徵,而且在普朗克常量的約束下,自旋網絡的時空中存在量子漲落現象,隨著時間的推移,自旋網絡也可被認為是自旋泡沫。
科學家通過研究發現「迴圈量子引力論」(LQG)理論不但可以提供有關空間和時間的準確數學模型圖像,而且也可以用於解釋涉及黑洞和宇宙大爆炸等長期懸而未決的問題。令人驚訝的是,「迴圈量子引力論」(LQG)理論中預言了宇宙大爆炸之前發生的神秘宇宙事件,並暗示了我們今天的宇宙是由前一個宇宙的崩潰而催生,大爆炸在「迴圈量子引力論」理論中是一種「大反彈」,並不是看成一個奇點,而是一個連續的過程。
歐洲的研究人員隨後在相關引力模型基礎上提出了「迴圈量子引力論的有效場論」 (EFTFORLQG),並希望繼續將「迴圈量子引力論」進行深入發展,使這一令人興奮的理論可成為調和量子力學和相對論的候選理論,並可以通過其來描述宇宙演化。科學家們此前將焦點集中在「迴圈量子引力論」的獨立背景結構問題上,該理論要求對時空系統的數學定義可以獨立於任何一個坐標系或者參考系。
科學家們利用兩大經典的近似方程:量子力學中的半經典計算方法如溫策爾·克拉默斯·布裡淵近似(WKB近似)和有效場論(近似引力場理論)技術來分析經典幾何空間。WKB近似分別由格雷戈·溫策爾(Gregor Wentzel)、亨德裡克·安東尼·克拉默斯(Hendrik Anthony Kramers)以及裡昂·布裡淵(Leon Brillouin)三位物理學家發現並命名,用於發展和應用量子力學。研究自旋泡沫半經典狀態的動力學特性以及提供應用數學公式來分析諸如黑洞等天體物理現象。
目前,「迴圈量子引力論的有效場論」項目團隊的科學家們認為這項研究結果已經超出了預期,其有利於科學家們真正建立起「迴圈量子引力論」(LQG)理論,將該理論作為描述空間和時間量子藍圖的有力競爭者,並可以兼容廣義相對論,從而揭開關於宇宙中最神秘的數個關鍵問題。
當大型亞原粒子對撞實驗即將在瑞士與法國邊境進行時,這項具有跨時代意義的科學實驗將揭示137億年前宇宙大爆炸瞬間發生之後將發生的事情。上周,大型強子對撞機出現了臨時性故障,但最終它將幫助科學家揭示宇宙大爆炸之謎,同時,它還將釋疑許多人大腦中的謎團,比如:在宇宙大爆炸之前發生了什麼,甚至「宇宙大爆炸之前」這個概念是否真的存在?
全球知名物理學家和宇宙學家都持有不同的猜測——在「宇宙大爆炸之前」所發生的一切。本月初,全球這一領域的頂尖科學家聚集在美國加州大學共同辯論這一疑問。亞利桑那州大學宇宙學家、科學和宗教權威人士保羅-戴維斯說,「究竟是什麼發生了爆炸?這些爆炸又是從何而來?是否我們的宇宙是唯一的?假如是這樣的話,宇宙是如何存在的呢?」
這些受人尊敬的科學家們提出了一系列理論描述了我們所熟悉的宇宙空間和時空在誕生之前,可能會發生的一切。這些構思性理論被命名為「大反彈」、「多元宇宙論」、「循環理論」、「平行世界」,甚至「肥皂泡沫論」等。還有一些科學家認為存在著多元化宇宙,另外一些科學家則指出只有一個宇宙,並且永無停止地循環,這種理念與佛教思想有些相近。但是,很可能基督教神學者可能很難接受以上任何觀點。
許多假設都是基於宇宙沒有起始、沒有結束這一較古老觀點的變更形式,這卻與宇宙大爆炸理論相比,宇宙大爆炸理論指出我們的宇宙起源於特殊的一點,將在遙遠的未來的某一時間結束。該領域的兩位權威宇宙學家——來自普林斯頓大學的保羅-斯坦哈德特和牛津大學的尼爾-圖羅克,他們在2007年合著了一本書:《無休止的宇宙:大爆炸之後》。他們在書中寫到:宇宙的進化處於循環狀態,宇宙大爆炸每1萬億年發生一次,每次都伴隨著形成新的宇宙物質和放射線,從而構成新的星系、恆星、行星和初始的生命形式。而人類以及我們所生存的地球只是處於最近一次的宇宙循環歷程。
一些科學家主張所發現的一些觀測證據可能支持這種假設猜想。他們說沒有科學理論能被認為是正當的,直至它們接受科學性測試。賓夕法尼亞州立大學理論物理學家馬克斯-泰格馬克在2003年著作《科學和終極真實》中一個叫做「平行宇宙」的章節中指出,事情變得越來越清晰,現代物理學中的多元宇宙模型具有一定的經驗穩定性。目前,許多研究人員希望大型強子對撞機能夠提供支持或反駁這些猜想的可靠證據。他們指出,粒子對撞機可能發現三維空間之外的空間,更多維空間將是幾種「宇宙大爆炸前」理論的基礎。
平行宇宙真的存在嗎?
重力不同於光和宇宙物質,重力能夠在平行宇宙之間傳播穿行,並投下科學家們可能探測到的一種「陰影」。這種陰影很可能以「重力波」的形式存在,當重力波暴露於宇宙大爆炸這樣的猛烈爆炸時,會使空間和時間結構出現微弱的波動。目前,美國和歐洲研製的探測器正在尋找這樣的重力波,未來人造衛星在執行太空勘測任務時有望能夠觀測到重力波存在的證據。圖羅克稱,他的循環理論預言一種與眾不同的重力波模式非常不同於宇宙大爆炸理論,並且很可能在未來幾年內證實或反駁我們的理論。
地面和人造衛星觀測結果顯示,「宇宙中出現一個巨大的洞」,在這片區域幾乎不存在任何宇宙物質,它有9億光年的寬度,相當於50億萬億英裡,位于波江星座。支持宇宙多樣性的信徒梅爾西尼-霍頓解釋稱,這個空白的區域可以作為另一個較小宇宙接近我們宇宙邊緣時留下的重力牽引作用的「足跡」。她在哥倫比亞宇宙論討論會上發言稱,這就像是某人用一個巨大的鏟子,將所有的宇宙物質都清空。並且這些宇宙之間彼此相互作用。霍頓解釋這種「宇宙中的空洞」具有很大的爭議,迄今為止缺乏許多獨立性確認核實。
最古老、最流行的宇宙大爆炸前理論就是多元化宇宙論。英國皇家天文學家馬汀-裡斯在1977年自己的著作《宇宙大爆炸開始之前:我們的宇宙和其他的宇宙》描述了多元化宇宙理論。他的理論聲稱,我們的宇宙只是大量宇宙中的一員,宇宙很可能是一個無窮數量級,其他宇宙之間很可能存在著輕微的差異。這些宇宙持續不斷地形成新的後代子孫,每個宇宙就像肥皂泡沫一樣,分裂之後可以形成多個泡沫。
一些科學家所支持的大反彈理論,有時也被稱為「大反跳」,該理論主張我們的宇宙在誕生時還有一個「孿生宇宙」,當孿生宇宙擴充到一定的極限時,便開始收縮、崩潰。大反彈理論的主要倡導者是賓夕法尼亞州立大學理論物理學家馬汀-波喬瓦爾德,他在2007年將自己的大反彈理論發表在《自然》雜誌上。
2005年,Michio Kaku出版一本名為《平行世界》的書,他假設可能存在著數百萬個不同、平行的宇宙,它們與我們有相似之處。由於它們處於我們的宇宙之外,因而看起來是無形的。