宇宙大爆炸,是廣義相對論的宇宙學說的合理推論。大爆炸學說的正確性,是建立在廣義相對論經歷了嚴格的實驗檢驗的基礎上。驗證廣義相對論的實驗,有星光的彎曲、引力波、微波背景輻射(相當於大爆炸之後的灰燼)以及黑洞,廣義相對論都滿分通過。
經典廣義相對論的預言,唯一與觀測不符的是對於宇宙物質分布與密度的預測。後來,科學家發展出暴漲理論,對宇宙大爆炸最初10的負30次方秒內,宇宙的膨脹速度進行了一個修正!經過修正後的廣義相對論是完美的!
根據廣義相對論對宇宙的描述,宇宙要麼膨脹,要麼收縮,無法以靜止狀態存在。宇宙膨脹的證據,由深空觀測到星光的紅移為證。而且離地球越遠的星系,相對於地球的退行速度越快。
如果沿著時間軸,向前回溯138億年,宇宙會收縮成一個點。這就是宇宙創世的起點。
沒有辦法回到138億年前,創世的那一刻,我們沒辦法看到。
那麼接下來的問題就是,既然有起點,那麼起點之前是什麼?
從純粹的邏輯上來說,這裡有兩個選擇。第1個選擇在起點之前,就有物質。
第2個選擇,在起點之前沒有物質。
如果我們選擇宇宙存在的第1個邏輯,接下來又會面臨著宇宙大爆炸的物質是哪裡來的問題。所以這是一個雞生蛋和蛋生雞,沒完沒了的問題。
》現在主流的觀點是選擇了第2個:在起點之前什麼也不存在,是虛空。
在創世大爆炸0秒鐘,正的能量點在虛空的漲落中出現。同時留下了一個負的能量點。
正的能量點,就是我們的宇宙。隨後的大爆炸形成了如今的萬物。
而負的能量點向相反的方向爆炸,形成了一個具有負能量的宇宙。這個宇宙只在科學家的推測中,還沒有被觀察到。
只能從虛空的平衡中說明它應該是存在的。
》檢驗宇宙誕生於虛空的理論是否合理,取決於兩個驗證。
》第一,真空中會不會產生能量的漲落?答案是,會!卡西米爾力的驗證已經證明了這一點。
上個世紀40年代,荷蘭科學家卡西米爾為了證明真空中有能量漲落。設計了一個實驗:把兩個平面的金屬板靠得足夠近,波長大於間隙的能量會被擠掉,平板外面的能量會給平板施加一個微小的力,這就是所謂的卡西米爾力。
為了便於讀者理解,可以比喻成這樣一個過程:在一個人群擁擠的街道上,豎放兩塊平行的木板與人流的行進方向相同,如果把兩塊木板的距離靠近到比一個人的尺度還要小的間隙,木板外面的人群就會讓兩塊木板有合攏的趨勢。
這個力非常的小,所以它的實驗難度非常的高,直到上世紀90年代才在實驗室中被精確的測定。
我們日常用的半導體器件上全部都需要用到相關的理論。沒有量子力學預言的真空是虛粒子的海洋,就沒有人類的半導體工業。
卡西米爾力是微觀量子漲落的宏觀效應,是量子力學的著名實驗之一。
》第二,負的能量存不存在?答案是,存在!霍金輻射的原理,證明負的能量是存在的。
霍金輻射是指黑洞的視界表面,有向外散發出來的能量。黑洞會因此損失能量,最後蒸發掉。所以必須有外界的物質,不停的往黑洞裡面掉,黑洞才能維持它的大小。根據霍金的計算,黑洞越小,蒸發的越快。因此自然界中不存在微型的黑洞。
黑洞損失能量的具體機制,是在黑洞的視界表面產生的量子漲落,讓負能量的粒子掉入了黑洞內部,而正能量的粒子逃逸了出來。
由於沒有辦法直接接近黑洞來觀察這種效應,所以科學家只能在實驗室中製造一個模擬的黑洞來觀測。這個構想從上世紀80年代就產生了,但是直到本世紀才完成一個模擬黑洞的實驗。以色列的科學家團隊,用玻色~愛因斯坦凝聚體,在接近絕對零度的情況下模擬了一個聲波的黑洞,觀測到了類似於霍金輻射那樣的聲波輻射!
》宇宙誕生於虛空中,具有邏輯上的合理性。那麼接下來的問題是:虛空中是不是只能誕生一個宇宙?
這個問題有兩個答案,要不就是一個宇宙,要麼就是無窮多個宇宙。
在數學裡面有一個非常有趣的定律,分球定律:採取合理方式,可以把一個實心球,用有限步驟,分解成兩個完全一模一樣大小的球。
這是現有邏輯公理體系下,一個反直覺的定理。這個定理的證明者原本用意是為了證明在zfc公理體系下,選擇性公理的存在可以導致相互矛盾的結果。
這與愛因斯坦當年發現Epr佯謬一樣,原本想用量子糾纏不存在,來證明量子力學的不完備性,反而推導出來了量子奇異的性質。
在數學和物理領域,有些符合邏輯的結果,往往是反直覺的。
所以,宇宙誕生之初,有可能會繁殖,1變2,2變4,直到無窮。
我們在現實生活中沒有辦法應用分球定律,是因為分球定律的嚴格限制:所分物體必須分解到無窮小。而原子是有大小的,宇宙誕生時的能量狀態是任意可分的。
宇宙誕生之前,可以空無一物!
即便如此,支配虛空漲落的法則也要先存在,所以只能說,太初有道。
現代物理學的發展,思想越來越接近於東方古代的哲學,也許我們的先人已經看穿了一切。