关于宇宙的诞生,科学界普遍接受的观点是,大约138亿年前,一个极小的体积、密度和温度无限大的奇点经历了一次剧烈的膨胀。
经过漫长的岁月演变,我们如今所见到的宇宙由此而来。这就是所谓的宇宙大爆炸理论,尽管它最初只是个假设,甚至带有讽刺意味,但随着越来越多的证据出现,大爆炸理论逐渐被科学界广泛接受,成为解释宇宙起源的标准理论。
然而,大爆炸理论自身也有难以忽视的问题:在大爆炸之前,宇宙是什么样的?或者说,那个导致大爆炸的奇点是如何形成的?根据大爆炸理论,普朗克时间是时间存在的最小单位,大爆炸的瞬间诞生了时间与空间。在这之前,不存在时间概念,因此探讨“大爆炸之前”似乎失去了意义。
尽管这种解释看似完美,但它并不能让所有人满意,因为其似乎带有强制性,让我们停止对大爆炸前的探索,这与人们内心深处的因果法则相冲突。我们习惯性地认为,有果必有因,宇宙的诞生也应该有其原因。那么,大爆炸的“因”是什么呢?
遵循因果关系,我们不得不怀疑,在宇宙诞生之前,肯定存在某些东西或状态。毕竟,宇宙不可能真的“无中生有”。
在此基础上,物理学家彭罗斯提出了备受瞩目的“共形循环宇宙学理论”,他认为我们的宇宙不断地经历大爆炸,并且这种过程是循环往复的。
彭罗斯在一篇论文中提到,黑洞会释放出“霍金辐射”,这种辐射有可能从我们的宇宙传播到另一个宇宙。而黑洞在未来的共形压缩会导致这种辐射高度集中,最终在我们的宇宙中形成一个点。
彭罗斯进一步解释,宇宙微波背景中存在一些奇特的同心圆。通常情况下,宇宙微波背景显示的宇宙是大致各向同性的,即从各个方向看都差不多,平均温度约为3开尔文。然而,某些点的温度会与周围有所不同,这些温度差异会导致物质的波动,并最终形成星系和其他宇宙结构。
这些同心圆或圆圈被认为是霍金点,它们是大爆炸发生前的明显迹象。
彭罗斯的宇宙循环理论虽然复杂,但我们可以用更易理解的方式来描述它:宇宙大爆炸发生后,开始以超光速膨胀,导致星系间距离不断增大,最终形成“宇宙孤岛”。而另一方面,星系内部的引力作用促使物质不断坍缩,形成恒星和黑洞。
例如,我们银河系的中心就存在一个质量巨大的黑洞,约为太阳质量的400万倍。
尽管宇宙不断膨胀,但这并不意味着所有星系都会彼此远离。在某些局部区域,星系间的引力作用仍可能占主导地位。例如,我们的银河系和仙女座星系正逐渐靠近,预计在35亿年后会发生碰撞,形成一个更大的黑洞。
关键的问题是,宇宙的膨胀会永无止境吗?研究表明,暗能量是推动宇宙膨胀的罪魁祸首,约占宇宙总量的70%。但暗能量的存在并不意味着宇宙会永远膨胀下去。因为任何膨胀都需要消耗能量,宇宙也是如此。例如,要使气球不断变大,就需要不断为其充气。
这表明,随着宇宙的膨胀,其能量会逐渐减少,到达某一临界点时,宇宙膨胀会停止。那么,这是宇宙的末日吗?
答案仍然是否定的。当膨胀停止,宇宙的能量已所剩无几,无法维持空间结构,于是在引力作用下,宇宙开始收缩,最终回到初始状态,即“奇点”。随后,新的大爆炸发生,新一轮的宇宙膨胀开始。
彭罗斯认为,宇宙就是这样不断循环膨胀和收缩的过程,永无止境。而在大爆炸发生之前,肯定已经存在某种东西,即使另一个宇宙,也不是空无一物。
支持彭罗斯理论的一个著名定律是熵增定律,也被称为热力学第二定律,它给人类带来了绝望的启示。
熵增定律指出,宇宙诞生时是一个低熵状态,随后熵值不断上升,宇宙变得越来越混乱,最终达到无序状态。随着宇宙的熵值增大,空间越来越不稳定,最终开始收缩,形成黑洞,吞噬所有物质转化为纯能量。随着黑洞通过霍金辐射蒸发,整个宇宙变成纯能量的空间,能量进一步坍缩,直到奇点,再次发生大爆炸,开始新一轮的循环。
彭罗斯的宇宙循环理论虽然能够解释大爆炸之前的状态,但并未得到科学界的广泛认同,主要是因为循环理论看上去过于奇特,给人一种无始无终、无限循环的感觉,如同“俄罗斯套娃”,没有起点也没有终点。
更重要的是,循环理论缺乏有说服力的证据,关键证据可能与黑洞有关,但黑洞的特殊性质使得科学家很难对其进行直接研究。
除了循环理论,还有其他理论试图解释宇宙的起源,如量子场论。
该理论认为,宇宙的诞生是一次偶然的量子涨落,一次巨大的量子涨落。根据量子力学的不确定性原理,时间和能量之间存在一种关系,这意味着在极短的时间内,能量可能达到无穷大,而这种无穷大的能量正是宇宙诞生所需的。这样的话,我们的宇宙可以说是一次“意外”。如果连宇宙都是意外产生的,那么我们人类当然也是“意外”的产物。
当然,还有其他理论试图解开宇宙起源的谜团。宇宙起源问题是人类面临的终极之谜,也许人类永远无法找到最终答案,或者根本就不存在一个确定的答案。但这并不影响人类对宇宙真理的探索,尽管我们可能永远无法触及到宇宙的真正本质,但在这个过程中,我们必定能揭示更多宇宙的奥秘!
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