在发生大爆炸之前,宇宙是什么样子的?
你有没有想过,都说宇宙诞生于一次大爆炸,那么宇宙在大爆炸以前是一个什么东西?是什么让它发生了大爆炸的?
说实话,我也不确定宇宙在大爆炸以前是什么,是什么让它炸的。但是,别急!这可不是什么抖机灵,
写科学我们是严肃认真的。我想说的是,“以前”这个概念,在物理学里特别是在量子世界里,并不像听起来那么简单——我会给大家解释。
在回答这些伟大的问题之前,让我们回顾一下138亿年前宇宙的开始。宇宙大爆炸其实并不是像烟花那样的爆炸,而是空间本身的迅速膨胀。起初,宇宙是无限小的一个奇点——注意无限这个概念,就像中学老师教我们的,“直线是无限长的”中的“无限”一样,没有尽头的。奇点是一个时空中完全无视物理定律的点,在那里没有牛顿力学,没有相对论,甚至没有因果关系,连过去和将来都不存在。
在这次快速膨胀之后,我们的宇宙就就开始冷却。在冷却的开始,由于宇宙的温度和密度都非常的大,电子游离了出来,这些电子使得光没法直线前行,只能散射。在经历了大约10万你后,宇宙的温度下降到3000度左右,电子和质子合成了氢,光才得以直线前行。
而这些最初、最古老的光子,在经历了138亿年的漫长旅行后到达了地球,被科学家们检测到,科学家们把这些光子称作宇宙大爆炸微波背景辐射。因为微波背景辐射,我们才可以侦测到宇宙大爆炸10万年之后的样貌,也显示了宇宙大爆炸后不断冷却的事实。
我们再回到奇点的讨论上。在我们周围的宏观世界里,所有的结果都必定会有原因,一棵树的倒下是有原因的,要么是被被风吹倒,要么被砍倒,反正总得有个原因。但是,如果你能像蚁人一样缩小到量子的世界里,你会发现前因后果是不存在的。在量子的世界里,你永远没法确定一个粒子的具体位置,甚至一个粒子可以同时出现在两个不同的位置。对,就这么任性!
所以,我们的宇宙在还是一个奇点的时候,就像量子世界里的粒子一样微观。在微观世界里,一切的效应不需要原因,因此宇宙大爆炸也没有原因。在宇宙还是奇点的时候,是不存在时间的,所以问
宇宙大爆炸的“以前”是什么,原因是什么?这是没有意义的
。因为不存在时间,即不存在“以前”。就像你问地球的北极点的北方是什么一样,北极点不存在北方,所以这个问题没有意义。
以上是由各种天文观测结合量子力学推导出来的一套理论。量子力学也不是凭空想象出来的假说,而是一门独立的理论物理学科,而且一向反对量子力学的爱因斯坦都是它的创始人之一。
一些科学家认为,我们的宇宙是另一个宇宙自身死亡和崩溃而再循环的结果。这就是所谓的“大反弹”。这个正在崩溃的宇宙在反弹回来之前会遇到一个奇点,导致大爆炸,并开始一个全新的宇宙。
在那种情况下,引力不仅需要阻止宇宙的伸展,而且需要把宇宙内的一切带回到一个点,就是说宇宙膨胀的速度会由快变慢,接着由膨胀转为收缩,直到回到奇点。不幸的是,目前的观测显示,我们的宇宙不会跟随这种趋势,因为它的伸展速度比以往任何时候都快。
也有科学家认为我们的宇宙位于一个叫黑洞的另一端,从一个白洞里喷发出来。白洞是黑洞的假想“对立面”,它把物质喷入太空,而不是把物质吸进去。
更有科学家认为我们的宇宙是从更大的宇宙中分离出来的。宇宙微波背景图像早些时候显示,残留的辐射并非全都一样,而是集中在某些区域。那些研究宇宙如何起源的人的宇宙学家,认为我们的宇宙是大多重宇宙中的许多宇宙之一。
然而,目前最有说服力的观点还是:
宇宙大爆炸没有“过去”,没有原因。