大爆炸通常被认为是一切的开始:大约138亿年前,可观测到的宇宙开始膨胀并形成。但大爆炸之前是什么样子的呢?
简而言之:我们不知道。长篇大论的回答是:这可能是很多事情,每件事都以自己的方式令人费解。一开始,首先要理解的是大爆炸到底是什么。
“大爆炸是时间上的一个瞬间,而不是空间上的一个点,”加州理工学院的理论物理学家、《大图景:生命起源、意义和宇宙本身》(Dutton, 2016)的作者肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)说。
卡罗尔说,因此,大爆炸时的宇宙有可能很小,或者无限大,因为我们无法回溯到我们今天甚至看不到的东西。我们真正知道的是,它非常非常密集,而且很快就变得不那么密集了。
作为一个推论,宇宙之外真的没有任何东西,因为根据定义,宇宙就是一切。所以,在大爆炸的时候,所有的东西都比现在更密集,更热,但是没有比今天更多的“外部”。卡罗尔说:“想象你站在宇宙的真空中,看着大爆炸前扭曲的小宇宙,这是不可能的。”宇宙没有膨胀到太空;空间本身扩大。
他说:“无论你在宇宙的哪个位置,如果你把自己追溯到140亿年前,你就会到达这个温度极高、密度很高、膨胀速度很快的地方。”
没有人确切地知道宇宙中发生了什么,直到大爆炸后1秒,宇宙冷却到足够让质子和中子碰撞并粘在一起。许多科学家确实认为宇宙在最初的一秒钟经历了一个称为膨胀的指数膨胀过程。这就可以理顺时空结构,并解释为什么今天的宇宙中物质分布如此均匀。
在爆炸之前
有可能在大爆炸之前,宇宙是由一种超热、密度大的物质无限延伸而成,一直处于稳定状态,直到由于某种原因,大爆炸发生。这个超高密度的宇宙可能是由量子力学控制的,量子力学是一种非常小尺度的物理,
卡罗尔说。那么,大爆炸就代表了古典物理学成为宇宙进化主要驱动力的时刻。
对于斯蒂芬·霍金来说,这一刻才是最重要的:他说,在大爆炸之前,杏耀游戏玩家事件是无法测量的,因此无法定义。霍金把这称为无边界的提议:他说,时间和空间是有限的,但它们没有边界,没有起点或终点,就像地球是有限的,但没有边界一样。
“由于大爆炸之前的事件没有观测结果,人们不妨把它们从理论中剔除,说时间始于大爆炸,”他在2018年接受《国家地理》(National Geographic)节目《星谈》(StarTalk)采访时说。
或许在大爆炸之前还有其他值得思考的东西。一种观点认为,大爆炸不是时间的开始,而是一个对称的时刻。在这个观点中,在大爆炸之前,有另一个宇宙,和这个宇宙是一样的,但是熵向过去而不是向未来增加。
增加熵,或者说系统中无序的增加,本质上是时间之箭,卡罗尔说,所以在这个镜像宇宙中,时间会与现代宇宙中的时间相反我们的宇宙会在过去。这个理论的支持者还认为,宇宙的其他性质在这个镜像宇宙中会发生反转。例如,
杏耀手机客户端 ,物理学家大卫·斯隆(David Sloan)在牛津大学科学博客中写道,分子和离子的不对称(称为手性)将与它们在我们宇宙中的方向相反。
另一种相关理论认为,大爆炸并不是万物的开始,而是宇宙从收缩期向膨胀期转变的时刻。这个“大反弹”的概念表明,随着宇宙的膨胀、收缩和再次膨胀,可能会有无穷无尽的大爆炸。卡罗尔说,这些想法的问题在于,无法解释膨胀的宇宙为什么或如何收缩,并回到低熵状态。
卡罗尔和他的同事詹妮弗·陈(Jennifer Chen)有自己在大爆炸前的设想。2004年,物理学家们提出,也许我们所知的宇宙是一个母宇宙的后代,其中的一些时空被撕裂了。
卡罗尔说,这就像一个放射性原子核在衰变:当一个原子核衰变时,它会吐出一个或一个粒子。母体宇宙也可以做同样的事情,只不过它吐出的不是粒子,而是婴儿宇宙,也许是无限的。“这只是一个量子涨落,让它发生,”卡罗尔说。卡罗尔说,这些小宇宙“实际上是平行宇宙”,彼此之间没有互动或影响。
如果这一切听起来相当令人迷惑的话,事实的确如此——因为科学家们甚至还没有办法回顾宇宙大爆炸的瞬间,更不用说它之前发生了什么。不过卡罗尔说,还有探索的空间。2015年探测到的来自强大星系碰撞的引力波,开启了一种可能性,即这些引力波可能被用来解决宇宙在关键的第一秒膨胀的基本谜团。
卡罗尔说,理论物理学家也有工作要做,比如对量子引力等量子力如何工作做出更精确的预测。
“我们甚至不知道我们在寻找什么,”卡罗尔说,“直到我们有了一个理论。”
大爆炸通常被认为是一切的开始:大约138亿年前,可观测到的宇宙开始膨胀并形成。但大爆炸之前是什么样子的呢?
简而言之:我们不知道。长篇大论的回答是:这可能是很多事情,每件事都以自己的方式令人费解。一开始,首先要理解的是大爆炸到底是什么。
“大爆炸是时间上的一个瞬间,而不是空间上的一个点,”加州理工学院的理论物理学家、《大图景:生命起源、意义和宇宙本身》(Dutton, 2016)的作者肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)说。
卡罗尔说,因此,大爆炸时的宇宙有可能很小,或者无限大,因为我们无法回溯到我们今天甚至看不到的东西。我们真正知道的是,它非常非常密集,而且很快就变得不那么密集了。
作为一个推论,宇宙之外真的没有任何东西,因为根据定义,宇宙就是一切。所以,在大爆炸的时候,所有的东西都比现在更密集,更热,但是没有比今天更多的“外部”。卡罗尔说:“想象你站在宇宙的真空中,看着大爆炸前扭曲的小宇宙,这是不可能的。”宇宙没有膨胀到太空;空间本身扩大。
他说:“无论你在宇宙的哪个位置,如果你把自己追溯到140亿年前,你就会到达这个温度极高、密度很高、膨胀速度很快的地方。”
没有人确切地知道宇宙中发生了什么,直到大爆炸后1秒,宇宙冷却到足够让质子和中子碰撞并粘在一起。许多科学家确实认为宇宙在最初的一秒钟经历了一个称为膨胀的指数膨胀过程。这就可以理顺时空结构,并解释为什么今天的宇宙中物质分布如此均匀。
在爆炸之前
有可能在大爆炸之前,宇宙是由一种超热、密度大的物质无限延伸而成,一直处于稳定状态,直到由于某种原因,大爆炸发生。这个超高密度的宇宙可能是由量子力学控制的,量子力学是一种非常小尺度的物理,
卡罗尔说。那么,大爆炸就代表了古典物理学成为宇宙进化主要驱动力的时刻。
对于斯蒂芬·霍金来说,这一刻才是最重要的:他说,在大爆炸之前,事件是无法测量的,因此无法定义。霍金把这称为无边界的提议:他说,时间和空间是有限的,但它们没有边界,没有起点或终点,就像地球是有限的,但没有边界一样。
“由于大爆炸之前的事件没有观测结果,人们不妨把它们从理论中剔除,说时间始于大爆炸,”他在2018年接受《国家地理》(National Geographic)节目《星谈》(StarTalk)采访时说。
或许在大爆炸之前还有其他值得思考的东西。一种观点认为,大爆炸不是时间的开始,而是一个对称的时刻。在这个观点中,在大爆炸之前,有另一个宇宙,和这个宇宙是一样的,但是熵向过去而不是向未来增加。
增加熵,或者说系统中无序的增加,本质上是时间之箭,卡罗尔说,所以在这个镜像宇宙中,时间会与现代宇宙中的时间相反我们的宇宙会在过去。这个理论的支持者还认为,宇宙的其他性质在这个镜像宇宙中会发生反转。例如,物理学家大卫·斯隆(David Sloan)在牛津大学科学博客中写道,分子和离子的不对称(称为手性)将与它们在我们宇宙中的方向相反。
另一种相关理论认为,大爆炸并不是万物的开始,而是宇宙从收缩期向膨胀期转变的时刻。这个“大反弹”的概念表明,随着宇宙的膨胀、收缩和再次膨胀,可能会有无穷无尽的大爆炸。卡罗尔说,这些想法的问题在于,无法解释膨胀的宇宙为什么或如何收缩,并回到低熵状态。
卡罗尔和他的同事詹妮弗·陈(Jennifer Chen)有自己在大爆炸前的设想。2004年,物理学家们提出,也许我们所知的宇宙是一个母宇宙的后代,其中的一些时空被撕裂了。
卡罗尔说,这就像一个放射性原子核在衰变:当一个原子核衰变时,它会吐出一个或一个粒子。母体宇宙也可以做同样的事情,只不过它吐出的不是粒子,而是婴儿宇宙,也许是无限的。“这只是一个量子涨落,让它发生,”卡罗尔说。卡罗尔说,这些小宇宙“实际上是平行宇宙”,彼此之间没有互动或影响。
如果这一切听起来相当令人迷惑的话,事实的确如此——因为科学家们甚至还没有办法回顾宇宙大爆炸的瞬间,更不用说它之前发生了什么。不过卡罗尔说,还有探索的空间。2015年探测到的来自强大星系碰撞的引力波,开启了一种可能性,即这些引力波可能被用来解决宇宙在关键的第一秒膨胀的基本谜团。
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“我们甚至不知道我们在寻找什么,”卡罗尔说,“直到我们有了一个理论。”