人类几百万年何以揣测宇宙起源,怎么就大爆炸了?

的电影”倒推回去,找到宇宙的起源,下面我们就倒放回去。

牛顿的纠结

主流理论认为宇宙源于“热”的大爆炸,这套理论并非突然横空出世。

牛顿与苹果的故事大家都听过,无论真假,他发现万有引力是真的,可以说是一个神定律,因为简单的公式描绘整个宇宙中天体运行的规律,你甚至可以理解为早期统一宇宙学。然而牛顿是纠结的,因为需要另一个理论才能使它圆满,而另外一个理论有一大堆“坑”需要填,牛顿在填坑的路上越走越远。

如果物质间是力的相互吸引,就承认宇宙是无限大的,意味着星星无限多,而且分布均匀。

因为有限情况下,边缘的天体只有一侧的引力。这就像拔河,对面没人,那还叫拔河吗?成了单拉绳子,天体就会被“拉”一起。分布均匀使得宇宙各处受力均匀,和谐相处。

无限大解决了引力漏洞,但是延伸出宇宙并非永恒。仰望星空,星星点点,一光年处诞生一颗恒星,一年后,地球才能看到它发出的光。

如果宇宙永恒,无限大,那么数量没有上限的星光早已360度无死角覆盖地球,地球的夜空也是亮的。

现实并非如此,这意味星光不够多,时间不够长,说明宇宙存在起源。牛顿的思想深深的影响着爱因斯坦。

爱因斯坦的错误

1915年,广义相对论发表,引力从力的概念转变为了时空的几何性质。

爱因斯坦在推导出时空曲率的场方程中发现宇宙是动态的,而“真理是永恒的”的思想促使他做了一生最错误的决定。他在方程中添加了一个常数,使宇宙依然是静态的。

1929年,哈勃观察发现远处恒星都在远离地球,而且同一角度上,离得远跑得快,不同角度上,相同距离速度竟然一致,因宇宙膨胀下的动态宇宙正式登上舞台。

如果牛顿知道了,估计能在棺材中直拍大腿:“我怎么没有想到宇宙是动态的,那样的话就无需无限宇宙来撑场面”。

膨胀宇宙的推演

膨胀宇宙的出现让科学家看到宇宙起源的曙光,如果此刻的宇宙像一个被处起来的气球,那么泄气的气球就是宇宙最初的状态。在人类科学的积累足以还原这个过程:

首先我们宏观上加速倒放,所有的星系、天体、物质全都被挤在一块,引力极大,温度极高,物质开始分崩离析。

因为在微观层面,由于温度太高,电子受到激发会逃离原子,形成一锅“离子粥”:

继续倒放,随着物质不断的聚集,引力更大,温度更高,原子核也无法保留,质子与中子之间辐射压太大,质子与中子分离。

图:正反粒子模型

与此同时,如此高的温度促使空间中不断自发出现物质与反物质。

继续收缩,质子(中子)里的夸克与胶子的空间稳固结构再也无法维持,质子(中子)开始解体,形成夸克子与胶子的复合粒子。

仅仅只能推演到这里

以上是一个倒放过程,温度不断升高,宇宙逐渐缩小,而正向过程则是宇宙逐渐膨胀,逐渐冷却,大爆炸理论到目前为止都是完美的,因为这个过程中一切粒子演化过程再实验室中都得到了相应的验证。这说明宇宙源于一个至高的温度,以及在极小的空间中创造出来,这就像在一个极小的区域,能量爆棚然后就炸了。

根据E=mc^2,我们知道质能等价,用爱因斯坦的话说质量就是能量,更深入的说是使粒子“粘合”在了一起构成了物质,而物质的质量则源于粒子相互作用产生的能量。

引力使物质聚集,膨胀使物体远离,它们就像两个人在拔河,只不过绳子换成了橡皮筋,而后面暗物质与暗能量又加入战团,形成了今天的宇宙。


剩下的问题


目前大爆炸理论有两个尚未解决的问题:

时间在往前推,又发生了什么,最早的理论为奇点理论,即宇宙始于一个密度、能量极大的奇点,目前较为主流的则为暴胀理论,它完美的解决了大爆炸理论前期的一切问题,然而这个理论只能是理论,因为目前尚未证实。

第二个是物质是如何形成的,如果宇宙早期能量极高,粒子与反粒子不断自发的成对出现又相互湮灭,那么为什么如今宇宙中只有物质,而反物质只能在实验室或一些极端的情况下出现,是什么打破了宇称守恒?

剩下的只能留给时间来解决。