现代科学主流理论认为,我们的宇宙起源于138亿年前的大爆炸,大爆炸瞬间产生了巨大的能量。

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这里有一个堪称最深奥的宇宙之谜:大爆炸瞬间产生的纯能量到底是如何转化为我们物质的?如今我们的世界充满了各种物质,这些物质肯定是由能量转化而来的,到底是如何转化的呢?

也就是说,物质是如何“无中生有”的?

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对于“无中生有”有很多种解释,不过量子场论或许是最好的解释。

按照量子场论的诠释,物质最基本的形态其实是量子场,而所有的基本粒子都可以额看做某种量子场的具体表现。

通俗来讲,宇宙中并不存在真正的“一无所有”,也可以理解为“宇宙大爆炸之前并不是什么都没有”,而是存在着最基本的场,这些场都处于基态,也就是我们通常所说的真空状态,基态是最稳定的状态。这样的状态是没有任何粒子的,当然也没有物质。但处于基态的场是有能量的,而且是最低能量状态。

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量子的不确定性表明,我们的宇宙里随时会有能量波动,而这种能量波动就会让处于基态的场变为激发态,而激发态的场就会生成相应的粒子。而且,激发态的不同产生的粒子数量和运动状态也会有所不同。

每一种基本粒子都对应一种场,比如说光子对应的是电磁场,电磁场的激发就会产生光子。电子对应电子场,中微小子对应的是中微子场。

总体来讲,可以分为三大类场,分别是费米子场,也就是实物粒子场。规范场,也就是媒介子场,比如说电磁场。还有希格斯粒子场,这种场的激发就会形成希格斯粒子,也被称为上帝粒子,这个粒子非常重要,它让基本粒子,也就是费米子拥有了质量。

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同时,量子力学告诉我们,粒子会随机衍生和湮灭,而粒子的衍生湮灭对应的正是场的激发和退激。不同的场之间可以进行能量转换,具体就表现出某些物理现象。

比如说,中子场从激发态退激到基态时,就会释放出能量,这些能量又会引起其他场的激发,包括质子场,中微子场,电子场等,也因此会产生质子,反中微子和电子。其实这个过程就是贝塔衰变,通过弱相互作用体现出来的。

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能够看出,能量转化为物质的过程,其实就是场不同形式的表现。通俗理解,场由于扰动由基态变成激发态,这个过程就是波动,这个过程会产生不同的“波包”,也就是“能量包”,而能量包就是各种基本粒子。

所以说,本质来讲,物质其实就是能量,只是能量的另一种展现方式罢了,你我只是“能量包”而已。

下面再具体讲讲“无中生有”。

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上面说了,并不存在绝对的“无”,因为真空中随时会衍生出来基本的虚粒子,然后瞬间消失,这也被称为“量子涨落”。

而刚才也说了,粒子的衍生湮灭其实就是场的激发和退激。也就是说,宇宙里一开始就存在最基本的场,它们无处不在,就像我国古代描述的“混沌状态”一样。

而我们的宇宙正是在量子涨落中诞生的。按照量子力学的诠释,量子涨落会随时出现,同时由于量子具有不确定性,涨落的幅度也是不确定的。所以,可以这么理解,宇宙奇点的出现就是极大的涨落,极大的涨落诞生了我们的宇宙。

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这种理解方法就避免了“无穷小”的尴尬局面。因为宇宙大爆炸理论强调,大爆炸瞬间的奇点体积无穷小。但无穷的概念只是纯数学的抽象概念,在物理现实中并不存在,所以奇点让所有的大自然法则都失效了,这也是让科学家们非常困恼的地方。

而基于量子力学和量子场论,科学家们提出了量子宇宙学,认为宇宙刚诞生时并不是无穷小,而是极小的尺度,而极小的尺度正好也是量子力学的研究范畴。

所以,科学家们就利用量子力学和广义相对论结合起来形成的量子引力场论,来诠释宇宙起源问题,用波函数描述宇宙诞生时的状态,一种量子状态,然后利用费曼的路径积分方法计算出宇宙出现的概率。

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说白了,我们宇宙的诞生完全是一个概率事件,而且是概率极低的事件。但按照量子力学不确定性诠释,不管概率有多低,只要时间足够长,就一定会出现。

从量子场论诠释,就能完美地避免“无中生有”和“奇点”的尴尬,让我们对宇宙起源和物质诞生的描述更加合情合理!