大爆炸宇宙轮是一个专业性非常强的理论,但一些民间人士们硬要用生活常识来类比,想破了脑袋也想不通,怎么看我们生存的空间也不像是大爆炸来的,由此对这个理论充满了质疑和争议。有人提出,如果真的是大爆炸来的宇宙,现在宇宙是个球形还是啥模样,那些碎片渣滓去哪了?
现在我们从最常识角度一起来探讨一下这个话题。
大爆炸奇点的由来。
宇宙大爆炸是现代天文物理学家们对宇宙起源的一个猜想,这个猜想是建立在宇宙迄今都在膨胀的基础上的。既然宇宙一直在膨胀,反推在久远的过去,就是从一个很小的范围胀大开来的。
这个开始膨胀的地方有多小呢?科学家们认为在久远的过去,宇宙所有物质都是集中在一个点上,这个点就是奇点。天文物理学奇点是一个存在又不存在的点,空间和时间在这个无限曲率的点上完结。这种奇点已经不是我们世界的东西,因此无法用我们世界任何理论来描述,只知道其体积无限小(r=0),曲率无限大,密度无限高,温度无限高。
经典广义相对论认为在引力坍缩中,空间、时间奇性不可避免。
就像黑洞,当物质缩小到自己史瓦西半径以内时,无限坍缩必然形成,最终只留下一个奇点,并在其周围形成一个无限引力场,这个引力场大小是与奇点质量成正比,这个球状空间大小叫史瓦西半径。
史瓦西半径遵循的公式为:R=2GM/c^2。这里R为史瓦西半径值,G为引力常量,M为奇点质量,c为光速。
而宇宙膨胀,则与黑洞形成相反,就是从奇点开始,是黑洞形成奇点的反转镜像。黑洞是将巨量的物质压缩到体积无限小的奇点,而宇宙大爆炸是奇点反转成为能量和物质。
奇点既不能用现有任何理论来解释,更不能凭生活常识来臆断。
由此,大爆炸就更不能拿常识来理解。
宇宙诞生的大爆炸,是奇点的爆发,这种爆发不能理解为生活中一个爆竹爆炸,或者一个手榴弹、炮弹爆炸,甚至原子弹爆炸,宇宙大爆炸是奇点在无限热量、无限密度、无限曲率、无限小的前提下,突然爆发的,这种爆发我们可以理解为膨胀,就像一个气球,越吹越大。
爆炸开始,我们所知的一切都没有,只有能量。一直到普朗克时间以后,温度、体积、密度才成为可测量。所谓可测量不是真正的测量到了,而是从理论上变得可衡量了。因为量子力学有一套理论说明,只有普朗克时间和尺度的世界,才是人类可以认识的世界;小于普朗克时间和尺度的事物,对人类来说没有任何意义。这是一套高深的纯理论,在这里就不展开来说。
普朗克时间就是约10^-43s,普朗克尺度就是10^-35m。
当宇宙大爆炸经历了这么短的时间,宇宙膨胀到这么小的尺度时,温度才变得可测量,约10^32K,密度约10^-94g。这个时候可以视为我们宇宙温度最高的时候和密度最大的时候,也是尺度最小的时候,只有那一刻存在,在人类可理解范围,不可再现。开始宇宙只有满满拥挤在一起的能量,一个基本粒子也没有,也就是没有任何物质,更没有生活常识中的所谓“碎片”了。
宇宙在大爆炸后,连电磁波也无法脱耦,因此属于黑暗时期。一直到38万年后,温度才降到了3000K,这个时候,质子中子电子才开始组成中性原子,也就是最简单的氢、氦元素,电磁波才得以从浓密的粒子汤中脱颖而出,宇宙开始变得透明。
现在人类测量到的宇宙微波背景辐射,就是那个时候脱颖而出的电磁波微波,把宇宙大爆炸余烬保存下来。而人类眼睛所能看到的可见光,还要在几亿年后才能够脱耦而出。
宇宙是一个圆球吗?
不一定,科学界对宇宙模型有多种猜测。有球型、有平坦型、有莱茵瓶型,还有甜甜圈型、麻花型。总体上说,就是宇宙有正弯、负弯、扁平三种猜想,这样可以假定我们用一个巨大三角形测量宇宙,放在不同形状的宇宙上,三角形的内角之和就不一样。
一般来说,内角之和大于180度,宇宙就是正弯球形的,表述为Ω>1;内角之和小于180°,宇宙就是负弯的U状,表述为Ω<1;内角之和等于180°,宇宙就是扁平的,表述为Ω=1。
对宇宙的测量最终是个什么形状,很可能关系到宇宙的结局会怎样。科学家用普朗克卫星,通过测量宇宙密度,经过计算得出Ω=1±0.02。这说明我们宇宙很可能是扁平的,就像一张巨大平坦的纸。这样的宇宙模型,膨胀很可能会一直持续下去,无法形成引力坍缩,最终以冷寂收场。
不过现在宇宙到底是个什么样子还在探讨中,并无定论。主流的说法认为,宇宙是有界无边的一个球体,人类不但永远无法到达宇宙边际,也无法观测到宇宙边际,因为在巨大引力场作用下光线也是弯曲的,人类看到的最远处就是自己的后背。
这是什么意思呢?就是光线循环了一圈回到了你站的位置,所以你只能看到自己的后背,但看起来我们看到的是直线。就像地球上,我们无论站在哪里,都可以认为是地球的中心(这里要排除掉地心概念,宇宙没有“地心”),你一直走,笔直的走,最终就会走回原点。因此宇宙没有中心,每个地方向四周看,都处于中心。就像在大海的中央,看到的是周围无边无际的海平线。
当然,人类永远不会看到自己的后背,因为宇宙太大了,即便可观测宇宙直径都有930亿光年,还有不可观测宇宙,目前还无法估计有多大。
大爆炸的碎片就是我们自己。
在日常生活中,一个爆竹爆炸,炸完了留下一地的纸屑,这些就是爆竹的碎片。前面说了,宇宙爆炸不是这样的,在极高温高密高压的开端,什么都没有,只有能量。待到38万年后才开始出现原子,原子是组成可见物质的最基本单元,随着宇宙的不断冷却,恒星和星系形成了,行星形成了,在某些行星上出现了生命,在地球上出现了人类。
因此我们可以认为星系、恒星、行星、生物、人类等就是大爆炸生成的碎片或渣滓。
科学测算,宇宙大爆炸开端已经得了138亿年,宇宙膨胀已经达到可观测半径465亿光年,现在膨胀还在继续,渣滓还在继续生成和增多,这些渣滓都是能量转换过来的。
爱因斯坦质能方程揭示了物质质量和能量的等价性,遵循E=MC^2这个质能转换公式,宇宙大爆炸的碎片和渣滓就是在能量转化为质量过程中生成的。有一种大坍缩的宇宙归宿理论认为,在久远的万亿年后,宇宙很可能重新坍缩回归奇点,那时候,就是宇宙形成的碎片渣滓又回归能量的时候。
这就是大爆炸宇宙理论为我们描述的宇宙样子,这个理论经过百年验证,已经有许多证据支持,所以成为科学界广泛认同的标准宇宙模型,但迄今为止依然还是个猜想。
就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。
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