宇宙为什么会发生大爆炸?
为什么会有宇宙大爆炸这是个非常简单而又非常复杂的问题,简单是因为每一个听过宇宙大爆炸理论的人都能提出来,复杂是因为没有任何人包括任何一位科学家能在现有理论基础上回答它。
宇宙大问题——奇点疑难
众所周知,宇宙大爆炸理论是根据美国天文学家哈勃发现的星系阶梯红移的观测结果,基于广义相对论提出来的,后来由霍金和彭罗斯通过广义相对论证明它必然来自于一个奇点,而这个奇点是所有宇宙物理规律失效的地方,无一例外,所有的已知物理规律都将失效,包括广义相对论本身。也就是广义相对论预言了奇点又同时预言了自身在奇点失效……
也就是说我们目前没有任何成熟可靠的理论能帮助我们解释宇宙是怎样"大爆炸"的。然而虽然可靠的理论没有,不可靠的还是有的……科学家提出了一些关于宇宙创生的相关假说,虽然没有成熟的物理理论作为基础,但假装解决一下也无妨。下面我要编故事了,嗯,我…编的……
第零种力——宇宙的第一推动
在很久很久以前,宇宙里什么都没有,忽然间一个能量涨落产生了一对奇点,其中一个是能量为正的奇点,为了无中生有下的总能量守恒(为0),会同时出现一个能量为负的奇点。正负奇点迅速分开并在目前未知的原因下急速膨胀,正的奇点就产生了我们的宇宙。至于那个未知原因,这可能是第零种力导致的……嗯,就是现在自然界四种力都还没产生时的相互作用力导致的……而那第零种力在奇点消失后就消失了……
第零种力会重新出现吗?
那么问题来了,如果现在重新坍缩产生奇点,第零种力会重新出现吗?这有两种可能:
一种是必须整个宇宙恢复到宇宙大爆炸奇点时才能出现。这是最有可能的情况,因此当宇宙重新坍缩回大爆炸奇点时,第零种力将重新出现并重新引起宇宙大爆炸,周而复始……这就变成弗里德曼的动态宇宙模型里那个脉动的宇宙。
另一种可能是恒星坍缩到黑洞奇点时即可产生。然而这样问题又来了,坍缩到奇点就产生第零种力,奇点又会马上发生膨胀,这样奇点就无法形成了,重新膨胀的奇点又导致黑洞无法形成,可是我们的宇宙明明有黑洞啊……这怎么破?其实这很简单:就是正常恒星坍缩无法产生零维的奇点,因为只有完美的完全对称坍缩成球对称的史瓦西黑洞才能产生真正意义上的零维奇点,也就是它的角动量必须严格为零。然而这只是个理想状态,实际上基本无法实现,在通常情况下恒星坍缩由于存在初始的自转和非严格对称的坍缩,会产生一个带有自旋的克尔黑洞,而这种带自旋的克尔黑洞并不会形成零维的奇点,而是形成一个一维的奇环,这样就可以避免第零种力的产生……
为什么需要这一种力?
虚构这种力可以解释宇宙怎么开始,也突破了奇点的物理学禁地,我们只需要假设存在这样一种力,就能解决奇点为什么会膨胀的问题,因为只要这种力存在,它就只能膨胀……这样我们无需再知道奇点里任何其它的物理规律。
在目前的某些理论假设里,奇点处自然界的四种力还没有分离,统一为一种未知的力——超力。但这超力似乎并不能解释奇点为什么会膨胀,而且它与目前自然界的四种力相关,目前的四种力都是从超力中相继分离出来的。因此它实际上并不适合解释奇点膨胀。而如果我们假设了第零种力,那么超力就是在奇点膨胀、第零种力消失后的超高能状态下出现的。也就是说超力是宇宙大爆炸后产生的第一种相互作用力,然后随着膨胀宇宙温度急速下降后才相继分离出目前已知的自然界四种力,首先分离出的是引力,然后是强核力,最后是电磁力和弱核力。
理论预言
我们假设黑洞奇点处第零种力会重新出现的情况下,可以预言无自旋的奇点永远无法出现,因为第五种力会终结“奇点”这种状态。至于科学家有没有办法制造一个无自旋的奇点……我觉得有点难……
结语
以上纯属个人观点,请自行斟酌,欢迎留言讨论。实际上目前人类的已有理论和已知物理规律还不足以解释宇宙为什么会发生大爆炸,所有你听到的观点都是假说。
bang)仅仅是一种学说,是根据天文观测研究后得到的一种设想。
大约在150亿年前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的,现在只能从理论研究的基础上描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质,形成了当今的宇宙形态,人类就是在这一宇宙演变中诞生的。宇宙大爆炸理论是现代宇宙学的一个主要流派,它能较满意地解释宇宙学的一些根本问题。
【理论观点】
大爆炸理论的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系并不是静止的,而是在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点,大爆炸的整个过程是:在宇宙的早期,温度极高,在100亿度以上。物质密度也相当大,整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀,结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时,中子开始失去自由存在的条件,它要么发生衰变,要么与质子结合成重氢、氦等元素;化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后,早期形成化学元素的过程结束(见元素合成理论)。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时,辐射减退,宇宙间主要是气态物质,气体逐渐凝聚成气云,再进一步形成各种各样的恒星体系,成为我们今天看到的宇宙。
大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实:
(a)理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
(b)观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释,那么红移就是宇宙膨胀的反映。
(c)在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高,则可以说明这一事实。
(d)根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等,可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。
按照大爆炸理论,宇宙是150亿年前从一个极小的点诞生的,从那里诞生了时间和空间、质量和能量,从而由物质小微粒聚集成大团的物质,最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前,宇宙中没有物质,没有能量,甚至没有生命。