科學如此美妙,我想讓你知道。親愛的小夥伴們,歡迎點進老胡說科學,今天老胡和大家討論一下對大爆炸的錯誤認識
宇宙中的一切從何而來,一直是人類所遇到的最大的哲學謎團之一。經過幾千年的努力,這個問題終於得到了答案,通過科學探索,最終以大爆炸告終。這個主意簡直棒極了。
早在20世紀20年代,埃德溫·哈勃(Edwin Hubble)就在研究深邃天空中微弱、模糊的螺旋星系,測量其中的單個恆星,並確定它們的亮度。通過將這些測量結果與它們的表觀亮度結合起來,他就能算出它們應該離我們有多遠。加上它們的紅移,或者說它們離我們的距離有多快,他就能推斷出宇宙在膨脹,甚至可以測量膨脹的速率。
20世紀40年代,喬治伽莫夫(George Gamow)認為,如果宇宙在膨脹,那麼過去宇宙更小、密度更大是有道理的,因為它從一個很小的點擴張到了現在這個狀態。但如果宇宙在過去更小,那麼它過去一定也更熱,因為輻射的能量和溫度是由它的波長決定的,而波長隨著空間結構的擴展而伸展。如果宇宙更小,輻射波長就更小,因此溫度就更高。
如果我們往回走得足夠遠,我們最終會遇到中性原子無法形成的情況,因為輻射能量太大。20世紀60年代,彭齊亞斯和威爾遜發現了宇宙大爆炸留下的餘輝(宇宙微波背景輻射),這使大爆炸成為宇宙誕生的主要理論。
所以我們可以回到更遠的時間,當它太熱而不能形成原子核的時候;我們對宇宙中第一批原始元素的觀測結果也與這個情景所預測的完全一致。我們可以推斷出更高的溫度,因為根據愛因斯坦的E = mc2,物質和反物質會自發產生。更早的時候,電磁和弱核力統一了,希格斯玻色子的對稱性恢復了,我們可以推測,我們可以一直推斷到一個點,它包含了整個宇宙中的所有輻射,物質,反物質,能量,甚至時空。換句話說,我們可以推斷出一個奇點,或者所有這一切的起點。
這個想法,這個你必須能夠推斷宇宙回到初始奇點的想法,是我們對大爆炸所犯的最大錯誤。我們可以一直追溯到喬治·勒梅特爾(George Lemaitre)在1927年使用「原始原子」這個詞的時候,儘管這肯定是一個合理的推斷(尤其是在1992年之前),但現在已經不是確定的了。是的,宇宙從一個非常熱,密集,快速膨脹的狀態開始,在那裡我們今天可以觀測到的整個宇宙被壓縮在一個比太陽系小的體積裡。
但在非常早期的階段——在到達奇點之前,往回走——發生了一些別的事情。宇宙從一種先驗狀態過渡到另一種狀態,這意味著它不充滿物質、反物質、輻射、中微子和我們習慣的能量形式。相反,它充滿了空間本身固有的一種能量形式,經歷了一段宇宙膨脹時期。在膨脹期間,它不會改變能量或溫度。更重要的是,它並不一定會在最初的奇點中達到頂峰;儘管有可能,但也有很多很好的理由相信可能沒有。
藍色和紅色的線代表了一個「傳統的」大爆炸場景,所有的事情都從t=0開始,包括時空本身。但在黃色情況下,我們永遠不會到達一個奇異點,相反,它只能在過去變得任意的小,而時間卻會永遠地倒退。
是的,事實上,宇宙確實來自於一種高溫,高密度,膨脹和冷卻的狀態這是我們認為的大爆炸。但回到那之前,宇宙有一種完全不同的狀態:膨脹的狀態,由空間本身固有的能量主導。你可能犯的最大錯誤就是必然地推斷出一個奇點,因為大爆炸不再必然地意味著一個奇點。從非常真實的意義上來說,現在對於短語Big Bang的口語用法有兩種不同的含義,但其中只有一種是正確的。
小夥們,你們認為奇點存在嗎?歡迎留言討論,非常感謝大家的支持