戈特弗里德·萊布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）寫道：“為什么有些東西是有而不是無,？充分的理由[…]存在于一種物質(zhì)中,，這種物質(zhì)[…]是必需的，它本身具有存在的理由,?！蔽锢碚軐W家迪恩·里克爾斯（Dean Rickles）認為數(shù)字和數(shù)學（或其基本定律）可能必然存在。物理學家可能得出了一種經(jīng)典的結(jié)論,，時間并不存在于“大爆炸”之前,，而是始于大爆炸，因此可能沒有“開始”,，“之前”或潛在的“原因”,，而是始終存在的。有些人還認為,，沒有什么是不可能存在的,，或者這種不存在可能永遠不會是一種選擇。在宇宙大爆炸開始時可能存在的量子波動（量子漲落）或其他物理定律可以為物質(zhì)的發(fā)生創(chuàng)造條件（在量子物理學的影響下,，粒子可以從潛在的量子場中出現(xiàn),，并且可能在大爆炸開始時就已經(jīng)可能在其他存在的物理定律下出現(xiàn)了）。 什么是大爆炸,？首先我們需要了解下,，什么是宇宙大爆炸？ 宇宙大爆炸理論是可觀測宇宙的主流宇宙學模型,，從最早的已知時期到隨后的大尺度演化,。該模型描述了宇宙是如何從非常高密度和高溫狀態(tài)下膨脹的，并對包括光元素豐度,、宇宙微波背景（CMB）,、大尺度結(jié)構(gòu)和哈勃定律在內(nèi)的一系列現(xiàn)象進行了全面的解釋。如果把已知的物理定律外推到最高密度區(qū)域,，結(jié)果就是奇點,，這通常與大爆炸有關(guān)。 物理學家們還沒有決定這是否意味著宇宙是從奇點開始的,，或者說現(xiàn)在的知識不足以描述當時的宇宙,。對宇宙膨脹率的詳細測量表明，大爆炸發(fā)生在大約138億年前,，因此被認為這就是宇宙的年齡,。在初始膨脹之后，宇宙冷卻到足以可以形成亞原子粒子,，以及隨后形成的簡單原子,。這些原始元素的巨云后來通過重力在暗物質(zhì)的光暈中聚結(jié)，最終形成了今天我們所見的恒星和星系。 自從喬治·勒梅特（Georges Lema?tre）在1927年首次指出膨脹的宇宙可以追溯到起源的單個時間點以來,，科學家們就已經(jīng)建立了他的宇宙膨脹理論,。科學界曾一度被分成兩大理論的支持者,，即大爆炸理論和穩(wěn)態(tài)理論,，但是大量的經(jīng)驗證據(jù)強烈支持了現(xiàn)在被普遍接受的大爆炸理論。 1929年,，根據(jù)對星系紅移的分析,，埃德溫·哈勃得出了一個結(jié)論，星系正在遠離我們; 這是一個重要的觀測證據(jù),，符合宇宙膨脹假說,。1964年，宇宙微波背景輻射被發(fā)現(xiàn),，這是支持大爆炸模型的重要證據(jù),，因為這個理論預(yù)言了宇宙在發(fā)現(xiàn)之前存在的背景輻射。最近,，對超新星紅移的測量結(jié)果表明,，宇宙的膨脹正在加速，這一觀察歸因于暗能量的存在,。已知的自然物理定律可用于詳細計算宇宙的特征,，以及極端密度和溫度的初始狀態(tài)。
根據(jù)大爆炸理論,，宇宙是由一個極緊密、極熾熱的奇點膨脹到現(xiàn)在的狀態(tài),。根據(jù)大爆炸理論,，宇宙是由一個極緊密、極熾熱的奇點膨脹到現(xiàn)在的狀態(tài),。圖：WJ百科 是什么導(dǎo)致了大爆炸,？在過去14億年的故事是一個關(guān)于密度的故事。宇宙是由許多種物質(zhì)構(gòu)成的：氫,、氦,、暗物質(zhì)、塵埃,、光子,、中微子等等。所有這些物質(zhì)在不同的密度下會表現(xiàn)的不同,，所以當宇宙變得更小時,，一種物質(zhì)可能支配另一種物質(zhì)而占主導(dǎo)地位，而這種物質(zhì)的物理行為將會驅(qū)動宇宙中發(fā)生的任何事情。 例如,，現(xiàn)在,，宇宙主要是暗能量（無論是什么），它的“行為”正在統(tǒng)治著宇宙 - 在這種情況下,，它驅(qū)動著一段加速膨脹的時期,。但是在幾十億年前，宇宙變得更小了,，所有的物質(zhì)都被緊緊地擠在了一起,。 （注：暗能量促使我們的太陽系將物質(zhì)聚集在一起的時候，那個時候的宇宙大約是現(xiàn)在大小的一半,。） 暗能量時代的誕生可能看起來并不那么引人注目,，但是隨著時間的倒退——宇宙將變得越來越小——它就會變得越來越陌生。追溯到130億年前,，當時宇宙只是其當前范圍的千分之一,，并且總有那么一天宇宙將把構(gòu)成整個星系的物質(zhì)緊密地擠在一起，以至于甚至連原子都不能形成,。它的密度如此之大,，以至于每當原子核纏繞在電子中時，就會有一個粗心的高能光子撞擊它,，把電子撕開,。這是一個等離子體時代，在這個時期中,，整個宇宙的物質(zhì)都是這樣激烈的活動中,。 讓我們將時間快進到今天，當宇宙冷卻并膨脹到足以讓第一個原子形成時,，那個時候剩下的光目前還在繼續(xù)“撞擊”我們,。但宇宙已經(jīng)變得更古老，更冷了,，因此那些高能伽馬射線光子流現(xiàn)在已經(jīng)被拉長成了微波的低能波段,，它們創(chuàng)造了一種宇宙的背景波段——這就是我們現(xiàn)在說的宇宙微波背景輻射，或CMB,。 CMB不僅是宇宙大爆炸的主要證據(jù)之一,，而且它也是一個甚至更早的窗口時代。在CMB形成之前,，我們可能無法感知宇宙,，但是那里的物理學在那個輻射場中留下了一些痕跡。 我們越往前推,，宇宙就會變得越是陌生 - 是的,，這樣的宇宙場景甚至比等離子體更加奇怪,。我們把時間進一步的向后推，我們發(fā)現(xiàn)宇宙已經(jīng)不能形成穩(wěn)定的原子核了,。我們再更進一步的推,，此時宇宙中的質(zhì)子和中子再也不能承受其壓力并“退化”成它們的基本成分：也就是我們熟知的夸克和膠子。如果再把時間推回去的話,，好吧,，這將變得極度的復(fù)雜。 大爆炸理論可以這樣概括：曾經(jīng)的曾經(jīng),，整個宇宙——你所知道的和你所喜愛的一切,，以及地球上和天堂里的一切——都被壓縮到一個大約只有萬億開爾文溫度的桃子球內(nèi)?；蛘呤翘O果,？還或者是小葡萄柚。不過要明確的是,，這里的水果和我要講的一點也沒關(guān)系,。 如果你在幾百年前就對人們說這些，那么它們聽起來會發(fā)現(xiàn)這句話非?；闹?..... 但是,，就像這個概念聽起來一樣瘋狂，我們可以用我們對高能物理的知識來理解這個宇宙時代,。我們可以在這個早期階段模擬宇宙的物理學,，并找出后期的觀測結(jié)果。我們可以做出預(yù)測,。我們可以做科學,。 在“桃子時代”，宇宙只是在一秒鐘中的一小部分（遠遠小于1秒）,。事實上,，這樣的時間概念甚至比微小的分數(shù)值還要小得多——大致約為10的-36次方秒。從那時起,，我們對宇宙的運作方式就有了大致不錯的描述。當然,，有些問題仍然存在的,，但總的來說，我們至少有一個模糊的理解概念了,。 隨著宇宙年齡的增長,，我們腦子里的畫面變得越來越清晰，但是,，考慮到我們可憐的猴子大腦甚至在思考宇宙中的早期時代,，這幾乎是令人恐懼的,。 然而，在更早的時候,，我們對宇宙的理解還是很模糊的,。力、能量,、密度和溫度都變得實在是太高了,，因此幾個世紀以來我們拼湊在一起的物理知識根本不能解釋這一切。在極早期的宇宙中,，引力在小尺度上開始變得非常重要（占據(jù)主導(dǎo)地位）,，這就是量子引力的領(lǐng)域，這是現(xiàn)代物理學尚未被解決的一大謎團,。我們只是在小尺度的情況下不了解強引力,。 在時間小于10的-36次方秒里，我們就不了解宇宙的本質(zhì)了,。大爆炸理論在描述之后的一切都很棒的,，但在大爆炸之前有什么發(fā)生過什么，我們有點迷失了,。我們得到這個結(jié)論：在足夠小的宇宙時空尺度上,，我們甚至不知道“之前”這個詞是否存在意義！在令人難以置信的小尺度上（我說的比你能想象的最小的東西還要?。?，現(xiàn)實的量子本性全力以赴地抬起了它那般丑陋的頭，把我們整潔,、有序,、友好的時空渲染成了一個由迂回、糾結(jié)和銹跡斑斑的尖峰組成的破碎的叢林健身房,。在時間或空間上的間隔概念并不適用于這些尺度,。誰知道發(fā)生了什么事？ 當然,，也有一些想法——試圖描述是什么點燃了宇宙大爆炸,，或者說是什么“播下了”宇宙大爆炸的模型，但是在這個階段,，它們純粹都是猜測,。如果這些想法能提供觀測線索——例如，CMB上的一個特殊印記,，那么萬歲——我們可以做科學了,！
從大爆炸到現(xiàn)在的（可觀察的）宇宙的時間線：它為什么存在？圖：NASA/WMAP Science Team 轉(zhuǎn)載請取得授權(quán),，并注意保持完整性和注明出處 |
|
|
