宇宙大爆炸之前有引力存在嗎?

2020-12-05 時空通訊

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有人提出了這樣一個問題:據說宇宙大爆炸前沒有時間沒有空間,但是否存在引力呢?這個問題很有意思,我們一起來討論一下。

四種基本作用力是相互作用的,萬有引力也是如此。如果沒有相互作用當然就沒有引力,從這個意義上來說,宇宙大爆炸前是沒有引力的。但如果說宇宙奇點出現後,大爆炸之前,奇點是有無限時空曲率的,如果把這個作為引力的話,就可以認為大爆炸前存在引力。

量子隨機漲落不平衡出現了奇點。

現代量子力學認為,宇宙大爆炸前處於量子真空狀態,這個量子真空中充滿了 海森堡不確定性原理相符的量子漲落,宇宙就是在這種量子漲落的背景中出現,表現為一個體積無限小、密度無限大、溫度無限高、時空曲率無限大的奇點,這個奇點發生爆炸,也可以理解為急速的膨脹,才出現了宇宙。

何謂時空曲率?就是時空扭曲的量度。愛因斯坦相對論認為,引力是時空扭曲導致的現象。既然宇宙大爆炸前有一個奇點,而這個奇點又有無限曲率,如果從這個角度來說,宇宙在出現前,引力就表現出來了。

但時空通訊認為,這種表現是沒有對象的,也就是說沒有相互作用對象的,因為那時候既沒有空間,也沒有時間,更沒有物質,無限的時空曲率只是局限於這個奇點的表面和內部。

按照我們宇宙的定義來看,大爆炸以前,可視為沒有引力出現。

這樣,我們可以認為,引力是隨著宇宙出現才出現的。

大爆炸宇宙模型有一個大爆炸時間表,也可以說是時間簡史。宇宙起源於138億年前奇點的爆發,我們可以理解為一個無限小的奇點在某一天突然爆發了,也可以理解為某一天這個奇點突然膨脹了,迅速膨脹得越來越大,現在我們還是在這個奇點的膜上,因此奇點的無限曲率還存在,人類永遠也無法突破奇點的邊界。

隨著奇點爆發,宇宙出現了,時空物質同時出現了,而四種基本力中也包括在其中。引力是我們宇宙四種基本力之一,也是最早出現的一種力。從這句話,大家就應該知道裡面包含了這樣幾層含義:引力是「我們宇宙」的一種力,也就是說在沒有宇宙之前,不可能存在這種力;引力是最早分離出來的一種基本力,這就說明宇宙出現後,最先出現的是引力。

宇宙大爆炸開始時,四種基本力是混合在一起的,分不出什麼力,但引力是最早脫穎而出的。最早在什麼時候發生的呢?就是普朗克時間。

普朗克尺度是人類能夠認識的最小尺度。

偉大的物理學家,量子力學的開創人馬克斯·普朗克,天才的發現創造了一個神奇的自然常數,叫普朗克常數,成為現代科學中最重要的一個物理常數,描述的是量子的大小。

這個常數用「h」表示,用焦耳(J)為能量單位表述為h=6.62607015×10^-34 J·s(焦/秒),或者用電子伏特為單位(eV)表示為h=6.62607015×10^-34/1.602176634×10^-19eV·s=4.1356676969×10^-15 eV·s(電子伏特/秒)。

這是普朗克基於發現能量的發射是一份一份進行的,這一份最小的能量就叫量子。根據普朗克常數,得出了普朗克尺度和普朗克時間。普朗克尺度約1.6x10^-35m,普朗克時間為10^-43s,普朗克溫度為10^32K。就是說,在宇宙大爆炸開始後的1000億億億億億分之一秒,宇宙尺度只有1600億億億億分之一米這麼大時,溫度為1億億億億K,引力就從四種基本力中分離出來了,而其他的三種基本力還處於合在一起的狀態。

其他三種基本力出現的時間。

大爆炸發生後的10^-35s,也就是1000億億億億分之一秒時,溫度降到1000億億億K,強相互作用力分離出來,電磁作用力和弱相互作用力還合在一起;大爆炸後10^-12s時,溫度降到了10^15K,也就是10000億分之一秒時,溫度降為1000萬億度,電磁作用力和弱相互作用力分離出來。

至此,世界上四種基本力就全部出來了。

別看這些力分離出來時間是有先後的,是一步一步的,但都在電光火石一瞬都無法形容的瞬間,也就是爆炸從0秒到萬億分之一秒之間,量子世界就發生了這麼多驚天動地的事件。

在四種作用力的分工合作下,宇宙漸漸成了現在的樣子。

萬有引力的根源。

早在300多年前,牛頓就發現了萬有引力定律,再過了100多年,卡文迪許通過扭秤實驗,得到了萬有引力常量G,從此萬有引力這個自然規律成為人類認識世界的最重要工具。萬有引力定律表述為:F=GMm/r^2

這裡面,F表示引力大小值;G為引力常量,約為6.67x10^-11·N/kg^2;M和m為相互作用物體質量;r為相互作用物體質心之間的距離。

從這個公式,我們可以看出引力大小是與物體質量成正比的,與物體之間距離平方成反比的。因此,質量才是引力的根源。愛因斯坦廣義相對論揭示了萬有引力的本質,他認為不管物體質量大小,都會對周邊時空造成擾動,也就是會導致時空彎曲或陷阱、漩渦,表現出來的就是引力。

這就說明引力本質是物質對時空的擾動。

由此可以認為,宇宙奇點的無限曲率是質量的表現,但並非屬於我們的宇宙,也並非現有理論認識範圍;我們認識的四種基本力,其中包括引力,都是在宇宙出現後出現的。

就是這樣,歡迎討論,感謝閱讀。

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