本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
很多人一直對宇宙大爆炸是怎麼炸的鬧不明白,總想找到宇宙起爆的那個點。
宇宙大爆炸理論還是個正在不斷深究完善的理論,而且時空在奇點消失,更無法追溯到奇點之前,所以誰也說不太明白。但我們可以依據現有理論,試著討論一下。
不要把宇宙大爆炸想像成一個爆竹那樣的炸開來。
現在宇宙模型對宇宙有多種解釋,有一種最簡單最直觀也最能讓吃瓜群眾理解的解釋,就是宇宙像一個氣球,所有的星系物質都在氣球表面這個「膜」上,隨著氣球不斷的膨大,「膜」上的星系都在相互分離。
當然大家還要想像這個氣球不是有一個吹嘴的氣球,而是像一個籃球那樣的氣球,還沒有那個充氣閥,是自己在脹大的。
因此從這個「膜」表面來看,宇宙沒有中心,你站在那裡,那裡就是中心,周圍的天體都在離我們而去。
這就是埃德溫·哈勃上世紀初發現的宇宙星系紅移現象,這個發現奠定了宇宙膨脹理論的基礎,為大爆炸宇宙論提供了堅實的證據。
因此我們不能想像宇宙大爆炸像你們家過年放炮仗一樣,「砰」的一聲炸開了,而是那個無限小的奇點「呼」的一下脹大了。
我們現在的宇宙就是那個脹大的奇點,我們都在這個奇點的「膜」上,爆發點就是「膜」的一切地方。
如果一定要想像這個籃球膨脹的話,那麼你可以想像這個籃球極小的時候,像一個芥菜籽和一個新冠病毒的時候,然後脹大到現在我們可以拍打的籃球樣子,你說那個芥菜籽或者新冠病毒的爆發點在哪裡呢?
因此宇宙是沒有爆發點的。
而且宇宙膨脹是時空的膨脹,時空物質三者同時誕生並且一維向前,如果一定要追溯宇宙開端的奇點,我們就要超光速的回溯到138億年前。
但光速是我們世界的極限,愛因斯坦狹義相對論已經封死了這個回溯的路,迄今為止沒有人能夠破解這個封口,所以回溯是不可能的,因此就永遠看不到那個爆發點。
但這並不是說宇宙爆炸沒有一絲痕跡。上世紀六十年代科學家們發現了宇宙微波背景輻射,被視為是宇宙大爆炸的餘燼。這種極其微弱的輻射充斥著宇宙,雖然只有不到3K,但卻是大爆炸的有力證明。
這種微波背景輻射就可視為大爆炸那個點,與我前面說的這個爆發點在宇宙「膜」的一切地方是一致的。
宇宙到底是什麼形狀的呢?
現在科學界對宇宙形狀是以曲率值來描述,主要有三種,即零曲率、正曲率和負曲率。
零曲率是把宇宙描述為一個平面,把空間想像為一個二維結構,這種宇宙模型將永遠膨脹下去,不會發生坍縮,隨著時間推移膨脹速度會減慢,死亡方式可能是冷寂。
正曲率則是我們前面描述的想一個球體,是封閉式的。這種宇宙膨脹是有限的,膨脹到一定大小引力將起到主導作用,宇宙將收縮並最終發生崩塌,回歸奇點。
而負曲率有點像馬鞍形,在負曲率宇宙模型中,兩條平行的直線將彼此遠離,象徵著這是一個開放的宇宙,永遠膨脹下去,而且不會減緩,最終很可能會撕裂或冷寂死亡。
還有一種「膜宇宙」理論,屬於超弦理論和M理論的分支。
這種理論認為宇宙其實是鑲在更高維度的「膜」,這些「膜」被嵌在高維空間,稱為「體」,但除了四維時空,其他額外維度由於緊緻化而看不到,也沒有參考系。
但這些「膜」與「體」相互作用,產生一些標準宇宙學模型無法看到的效應。
這是一種頗為玄乎複雜的理論,我們就不深究了。但可以看一下這個模型,宇宙像一個團在一起的麻花(見上圖)。
總之宇宙到底是個啥樣子,科學家們還是公說公有理,婆說婆有理,沒有一個統一的看法。
我們人類對宇宙的探索還僅僅是個起步,還有許多未知領域等著人類去揭秘。
就此打住,感謝閱讀。
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