世間所見的一切皆為物質。
宇宙天體、山石樹木、塵埃氣體,還有你和我,這些無一例外全是物質。那麼這些物質從何而來呢?以人類的因果觀來看,宇宙不可能一直存在於這裡,它必然有一個開始。關於宇宙的起源,一直以來都有多種不同的說法,最廣為人知的就是哈勃所提出的宇宙大爆炸理論了。
哈勃是如何得出宇宙大爆炸理論的呢?哈勃在通過天文望遠鏡進行觀測的時候,發現了一個現象,那就是星系間的距離在隨著時間的推移而變得越來越遠,換句話說就是宇宙在膨脹。既然宇宙間的物質都在相互遠離,那麼如果我們讓時間倒流,那麼宇宙間的物質就會越來越近,也就是說在很久很久以前,宇宙是十分緻密的。
時間越是回溯,宇宙間的物質就越緊密,最終所有的物質都會聚合在一起,密度不斷增大,體積不斷縮小,終成一個小點,給這個小點起一個名字,我們叫它奇點。
這個奇點無法用我們已知的物理定律來進行描述,因為它體積無限小,而密度無限大。那麼這個奇點又如何會變為整個宇宙呢?一次大爆炸。奇點為什麼會爆炸呢?這可能是宇宙大爆炸理論中最大的謎團之一。
對於奇點爆炸原因的解釋很多,就像有關宇宙起源的猜想一樣多。而其中最為合理的就是正反物質假說了。我們目前已知宇宙間一切的物質皆為正物質,而除了正物質以外,還有與正物質相對的反物質,當正物質與反物質相遇,它們則會發生湮滅。而我們的宇宙之所以能夠存在,就是因為正反物質的數量不對稱。
宇宙間的正物質要多於反物質,所以在正反物質湮滅之後,餘下的正物質便構成了我們現今所見的宇宙。
如果這種假說成立,那麼奇點的爆炸就好解釋多了。正是因為奇點中正反物質的不對稱導致了爆炸的發生,而在此之前,奇點中正反物質應該是對稱的,是什麼導致了正反物質的對稱性發生了變化,這仍未可知。
即使以上的假說全部成立,仍然不能夠解決「一個奇點如何炸出整個宇宙」的問題,因為我們還會進一步發問,奇點中的物質又是從何而來的呢?之所以會出現這樣的困境,是因為我們企圖用常識去理解宇宙的起源。在我們的常識中,一切都是有因果的,而且可以對事情的原因進行一直追問,直到得到一個不需要原因的結果為止。但這並不適用於宇宙。
而它們並不適用,也不可能適用於宇宙誕生之前。所以企圖用現有的常識和物理定律去理解宇宙誕生之前的事情,本身就是無解的。所以繼續追問奇點中的物質來自於何方是沒有意義的。我們只能追尋和理解我們認知範圍之內的事物,比如在宇宙大爆炸發生之後,組成宇宙的所有物質是如何產生的?
宇宙爆炸之初的物質都是以基本粒子的形態呈現的,這些基本粒子慢慢聚合形成了各種元素,不過最初形成的元素都是一些較輕元素,如氫元素。這些元素在引力的作用下逐漸聚合,慢慢形成了可以發光發熱的恆星,恆星上的聚變使氫元素逐漸聚變為氦,氦元素聚變為鋰元素以及更重的元素。
恆星的聚變最多到鐵元素就會終止。
這是因為鐵元素的聚變不僅不會釋放能量,反而還會吸收能量,失去了向外的輻射壓,恆星便會因引力而坍縮。所以,元素周期表上鐵元素以下的元素都可以在恆星的聚變過程中生成,那麼比鐵更重的元素是如何得來的呢?
當大質量的恆星在因引力發生坍縮之後,物質不斷向中心聚集,之後會在瞬間發生反彈,釋放巨大的能量,這就是超新星爆發,在超新星爆發的過程中,比鐵更重的元素會生成並被釋放出來,這些重元素在引力的作用下就形成了行星。也就是說我們日常所見所用的很多物質其實都源於超新星的爆發,就連我們的身體也不例外,比如我們骨骼中的鈣元素就是在超新星爆發中形成的。從這一點上來講,我們都曾經是宇宙中恆星的一部分。