Question

宇宙的奇点是什么？

Answer 1

现代科学用大爆破理论来解说宇宙的来源。这个理论解说了我们的宇宙是从一个奇点的爆破中发生的，或许说空间中的一个点也是时间中的一个点。此刻能量密度和质量到达无穷大，一切维度归零。这是一个没有时间、空间和物质的地点。那么这个奇点从何而来呢？是什么触发了大爆破之前的倒计时？

大约1600年前，神学家圣奥古斯丁试图在天主发明宇宙之前了解他的本性。他总结说，时间是天主发明的一部分，以前没有这样的东西。在20世纪，爱因斯坦通过他的理论得出了类似的定论。在相对论的协助下，科学家们能够把质量和时间联系起来。爱因斯坦证明了任何接近大质量物体的物体，时间都会变慢。例如，我们星球的巨大质量扭曲了时间，导致外表的人比轨道上的宇航员流动得更慢。尽管这种差别太小，不明显，但它是存在的。依据相关专家结合相对论所做的试验，假如你想让自己年轻一秒，那么你就得在22.5米高的大楼里呆上10亿年。这个试验对我们来说毫无意义。做个无聊的谈话就好，所以不要在谈论区问这个试验是谁做的，引用自哪篇论文。为此我不得不给你一些赞扬。

质量越大，时间越慢，而大爆破前的奇点具有宇宙中一切的质量，彻底让时间停止。所以依照爱因斯坦的说法，研讨大爆破之前发生的工作是没有意义的，由于这个事件之前是不存在的。但这个定论与一个根本的物理概念相矛盾，那便是因果关系。任何成果都有必要有一个原因，所以对我们来说，爱因斯坦关于宇宙奇点之前什么都没有的观点是不正确的，由于它暗示了过去的概念不能被视为它的一部分。

宇宙的奇点或许不是一切的开端，但总的来说，科学家并不怀疑大爆破理论。支撑这一理论的是:1929年天文学家哈勃发现的宇宙胀大；科学家Pensias和Wilson在1965年发现的遗址辐射或宇宙微波布景辐射均匀分布在整个宇宙中。这种现象呈现在大爆破后37.9万年的氢复合年代。依据大爆破理论，我们的宇宙在诞生的第一秒只是一个原子，但已经过了六个年代。

普朗克年代，从时间开端继续到10的负43秒；一致年代继续到10的负35秒，在此期间引力与其他类型的根本相互作用分离；然后是资料片年代，继续了10的负32秒。在此期间，宇宙的体积增加了10倍。现在，依据不同的估计，宇宙中能够观测到的原子数量从10到79到10到81不等。然后是弱电年代，继续10的负12秒。夸克、轻子、光子、W和Z玻色子、希格斯玻色子便是在这个时候构成的；然后是软木年代，重力、电磁力和强弱相互作用构成了现在的形态。只要这样，强子年代才会到来。

这将在一秒的倒计时中结束，宇宙终究将到达原子的巨细。在这个尺度上，量子理论的法则已经取代了经典物理学。这便是为什么包括斯蒂芬·霍金在内的宇宙学家开端提出这样一个问题:假如把只用于描绘亚原子现象的量子理论应用到整个宇宙中，这会是什么姿态？天体物理学家约翰·格里本将其描绘为自艾萨克·牛顿年代以来最重要的科学前进。经典宇宙学家以为大爆破来源的宇宙奇点是一个面积为零的点，但依据量子理论，在最根本的层面上，自然界存在着不可避免的模糊性，因而无法知道宇宙发生的切当时间，它的初始时间和体积。

有趣的是，量子理论答应粒子从真空中自发呈现。这种惹是生非的方法让量子宇宙学家怀疑，依据量子力学规律，宇宙本身是否是由随机涨落发生的。原因是在不安稳的真空中，或许说虚空中，总有一些东西。但是不要把实际上什么都没有的虚空和物理真空混杂了。对于物理学家来说，真空描绘的是一种没有粒子的状况，但一般来说，真空并不是真实的空泛。我们对自然界的量子理解所依据的一个原理便是海森堡的测量原理，它指出某些特点是相互关联的，以至于不能一起精确测量。一对是粒子的方位和动量。你越精确地知道它的方位，你就越精确地知道它的动量，反之亦然。另一对相关变量是时间和能量。你越精确地知道一个事情发生的时间，你就越或许知道它。

理论上，完美真空是一切场值永久等于零的状况，但海森堡的测不准原理说，假如我们切当知道一个场地值，那么它的改动率是彻底随机的，所以它不或许在任何时候都等于零。这意味着常数空间的数学描绘与量子力学是不相容的。简略来说，空性是不安稳的，所以朴实的空性是不存在的。任何物质都是能量的冻住形式。爱因斯坦将它们与闻名的公式E等于mc的平方联系起来。然而，恒星和星系中确定的大量正能量有必要被它们之间引力的等量负能量抵消。在关闭的宇宙或者这样的宇宙中，它的寿命是有限的，它终究会再次收缩。正能量和负能量有必要互相平衡。这意味着这样一个宇宙的总能量为零。斯蒂芬·霍金想知道，假如总能量有必要永久保持为零，发明一个物体有必要耗费能量，那么整个宇宙是怎么从无到有的。这便是为什么一定会有引力，而且由于引力的招引，它具有负能量来分离一个引力体系，比方地球和月球。有必要做一些工作，这种负能量能够被发明物质所需的正能量抵消，但事实并没有这么简略。

像恒星这样的物体会有更多的负引力能量。它越小，它的负引力能量就越大。在负引力能大于物质正能量之前，恒星会坍缩或收缩成黑洞，黑洞会有正能量。这便是空无一物的空间安稳的原因。恒星或黑洞等天体或许凭空呈现，但在整个宇宙处于斯蒂芬·霍金提出的量子宇宙状况时是或许的。

科学家亚历山大·韦伦金(Alexander Velenkin)提出，在宇宙胀大的负压影响下，能够从开端的空态自发呈现一个充溢能量的小真空。这个高能真空将在几微秒内开端胀大，它将到达宇宙的巨细，宣布光和物质流，并终究发生大爆破。所以这是一个聪明的解说。在宇宙从无到有之前，什么都没有，没有能量，没有空间，没有时间，但这种虚无是可以继续的。问这种虚无存在多久是没有意义的，由于在虚无的年代，没有时间这种东西，宇宙的呈现是虚无随机量子涨落的成果。那么，这个整体问题解决了吗？究竟关系到全人类的生计。或许一个更重要的问题是，假如这个量子涨落是随机的，爱因斯坦曾经说过天主不玩骰子，那么这一切又意味着什么？是什么阻挠了充溢能量的真空再次呈现，然后阻挠了有100%概率消灭人类的新大爆破的发生。

我们知道物理学中有一些根本常数，只要在它们的协助下，你才干推导出一切的物理规律，包括光速、引力常数、普朗克常数、电子和质子的质量、电荷。物理学家注意到，假如这些常数中的任何一个与它们的值有哪怕一点点不同，我们的宇宙就不会呈现，也不足以将光速从每秒299.792458亿米改动为每秒2.9亿米。光速包含在决议原子核内质子和中子相互作用以及电子绕原子核旋转的公式中。因而，光速的微小改动会导致原子核化学性质的不安稳、破坏或剧烈改动，这也会大大加快或减缓太阳中的核聚变。这是由于核聚变是在严厉界说的参数下进行的，它们的改动会导致核聚变的指数级加快和恒星的爆破，就像核聚变的消退，太阳的消退和坍缩成白矮星一样。

这是另一个比如。自在中子比质子加电子体系重。这便是氢原子安稳的原因。假如中子至少轻十分之一，氢原子就会很快变成中子。假如电子的质量超越中子，那么宇宙的化学组成就会发生根本性的改动。它缺少氢意味着它将缺少通常意义上的恒星，然后缺少生命。那么这些常数是怎么精确选取的呢？这个问题叫做宇宙的微调。但是还有一个问题。为什么我们的宇宙是三维的？究竟闵可夫斯基的空间或许狭义相对论对时空的几许解说是四维的，三个空间维度，一个时间维度，而我们的宇宙只要三维。这是由于我们的宇宙或许存在于其他维度。科学家保罗·埃伦费斯特发现，行星的轨道在四维或多维空间中会失去安稳性。例如，在四维空间中，太阳的引力场依照平方反比规律作用于行星。沿着螺旋轨道运动的行星很快就会落入太阳并被其吸收，那么为什么物理的全球常数和维度都是这样挑选的，然后使我们的宇宙存在成为或许。

为了解说这一点，科学家们提出了最重要的科学原理，称为物理宇宙学的人择原理。它说我们之所以这样看宇宙，是由于只要在这样的宇宙中，才干呈现调查者。科学家提出，一个人不仅能够改动宇宙，还能够影响宇宙所调查到的规律，这便是为什么这个原理被称为“人择原理”。人择原理有强有弱。弱人择原理说，我们显然不是在调查宇宙的任何区域，而是在调查它的特别结构，使之合适生命的发生和发展。强者择原理标明，宇宙有必要具有答应智能生命发展的特征。后一个准则的变体是参与性人择准则。依据这个原理，任何现象在被调查到之前都不或许存在。调查者或许是赋予我们宇宙意义的必要条件，但科学界却有其他观点。

宇宙学自然挑选理论或许第二宇宙理论的评论还在继续。依据这个理论，在我们宇宙中每个黑洞的另一边，都会呈现一个新的宇宙，那里的根本物理常数或许与包含这个黑洞的宇宙中的物理常数不同。智能调查者能够呈现在这样的宇宙中，那里的根本常量值有利于生命的呈现，这个过程让人联想到生物进化过程中的突变和挑选。一些科学家以为这种模型是描绘宇宙微调的更好方法。依据第二宇宙理论，生命的呈现是自然挑选的成果，所以宇宙中会有更多的黑洞，有合适的参数，相同的参数会有利于生命的呈现。