虚无中为什么会产生宇宙?

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森梦小镇c
2021-11-26 · 专注国产科幻电影解说
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虚无中会产生宇宙可能是应为暗能量

关键的暗能量:

这种形式的能量就是我们现在所说的暗能量,它是导致宇宙空间加速膨胀的原因。尽管暗能量的概率已经被提出20年,但物理学家并不完全理解它的真正性质。

我们只能说,当我们测量宇宙的膨胀率时,我们的观测结果与暗能量作为一个具有特定大小的宇宙常数相一致,而不是随着时间的推移而显著变化的东西。

根据多个独立的证据,包括宇宙的大尺度结构、宇宙微波背景辐射和遥远的超新星,物理学家已经能够确定多少能量是空间本身固有的。

由于暗能量会使空间逐渐膨胀,从而导致空间中的星系随着时间的推移而彼此互相远离,并且退行速度变得越来越快,所以暗能量通常被称为负引力。这种说法不仅是非正式的,而且是不正确的。引力只是正的,而不是负的。但即使是正引力,也会产生类似于斥力的效应。

如果宇宙中存在更多的暗能量,膨胀率将会更大。但在一个空间平坦的宇宙中,所有形式的能量都是如此,暗能量也不例外。暗能量与更常见的能量形式(如物质和辐射)的唯一区别在于,随着宇宙的膨胀,物质和辐射的密度会降低。

但由于暗能量是空间本身的属性,当宇宙空间膨胀时,暗能量的密度必然会保持恒定。随着时间的推移,受引力束缚的星系将合并成星系群和星系团,而没有引力束缚的星系群和星系团将会加速远离彼此。如果暗能量真的存在,这就是宇宙的最终命运。

但在物理学中,虚无不代表什么都没有。如果我们想从物理意义上讨论虚无,就必须保留某些东西,例如,时空和物理定律,没有它们就没有宇宙。

如果有时空和物理定律,那么,根据定义,无论哪里都会有量子场渗透到宇宙中。由于宇宙的量子性质,空间固有的能量会产生基本的“抖动”。

把这些成分放在一起——因为没有它们,就不可能有一个物理上可感知的“虚无”——就会发现,空间本身并没有固有的零能量,而是存在一个有限的、非零值的能量。

就像被原子束缚的电子存在一个有限的零点能量(大于零),空间本身也是如此。因此,对于空无的空间,即使它的曲率为零,即使没有粒子和外部场,它仍然拥有有限的能量密度

根据量子场论,这被概念化为量子真空的零点能量:真空的最低能量状态。然而,在广义相对论的框架中,它以另一种意义出现:作为宇宙常数的值,它本身是真空的能量,独立于曲率或任何其他形式的能量密度。

虽然物理学家不知道如何从基本原理计算这个能量密度的值,但目前可以计算它对膨胀宇宙的影响。当宇宙空间膨胀时,存在于其中的每一种能量形式不仅对宇宙的膨胀有贡献,而且对膨胀率随时间的变化也有贡献。

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