宇宙起源於奇點還是無中生有?奇點是“無”還是光子?

物理 宇宙 喬治·伽莫夫 哈勃 霍金 古國老兵 2018-12-10

1932年,比利時天文學家勒梅特首次提出宇宙大爆炸假設,1948年,移居美國的蘇聯物理學家伽莫夫在此基礎上正式提出了“宇宙大爆炸理論”:宇宙是由一個無限緻密熾熱的“奇點”在約130億年前的一次大爆炸後迅速膨脹形成。

當然這個“爆炸”與我們正常理解的那種炸彈爆炸是有區別的,而應該理解為就象一個氣球的一種空間的急劇膨脹,因為這種膨脹速度與爆炸速度相類似,所以便稱之為“爆炸”。目前,宇宙膨脹現象已通過美國天文學家哈勃等發現的“星系紅移”得到證明。

伽莫夫當時並提出了一個很具科學的預言:宇宙演化過程中殘留下來的電磁輻射以光子的形式在宇宙中自由傳播,而成為爆炸後的“殘餘”並延續至今。但這些光子的溫度已由爆炸時的高溫降至只比絕對零度的低溫高几度而已,這就形成了所謂的“宇宙背景輻射”。1965年,美國科學家彭齊亞斯和威爾遜在微波段上探測到了具有熱輻射譜的“宇宙背景輻射”,從而驗證了伽莫夫的預言。此後,更多的科學家在更多的波段內驗證了“宇宙背景輻射”的存在。

此後“大爆炸宇宙學”模型得到了越來越多的科學補充。歐洲航天局根據太空探測器數據繪製的“宇宙背景輻射全景圖”反映了宇宙誕生至38萬年後的景象。以下圖中亮的地方溫度高,暗的地方溫度低,溫差幅度約為0.00002K。

宇宙起源於奇點還是無中生有?奇點是“無”還是光子?

到了20世紀80年代,科學家們對大爆炸宇宙論進行了修正,提出了暴脹宇宙模型。認為宇宙初期發生過膨脹速度高到無法想象的超高速急劇膨脹,暴脹使宇宙從比原子還小的微粒體積一下擴張至10cm的球體,那麼這種暴脹速度就超過了光速。但暴脹速度是一種空間的膨脹而不是物體以超光速的運動,所以這種暴脹的可能性是存在的。

此後“大爆炸宇宙論”越來越得到完善,但是最為根源的“奇點”問題卻仍然沒有得到解決。因為無限緻密熾熱的“奇點”在物理學上是不可思議的。物理上最不希望出現的正是擁有無窮大數量的東西,而奇點恰恰出現了多個無窮大:無窮大的能量、無窮大的密度、無窮大的壓強等。而“無窮”只是一個純數學的概念而已,在物理中並不適用。所以認可這個大爆炸之始的“奇點”,就意味著一切科學定律的失效。這成了宇宙學中最大的疑難。所以最後 只能認為,“奇點”是不可能真實存在的。那麼為了破解這個難題,就必須要引入目前為至被認為是最能正確解釋大自然的“量子理論”來進行研究。因為既然宇宙誕生時是以微粒存在的微觀世界形式,那麼研究微觀世界就非“量子力學”莫屬了。

宇宙起源於奇點還是無中生有?奇點是“無”還是光子?

1982年,霍金等人建立了將“量子力學”與“廣義相對論”結合而成的“量子引力理論”。並用“宇宙波函數”來描述宇宙初始的量子狀態,“宇宙波函數”就是宇宙按照特徵分佈的概率。既然是概率,就能證實多種可能並加以描述,因此,意義上是可行的。而其中,量子宇宙學最大的意義就是它可以容納“無”中生“有”的觀點,從而排除了“奇點”的出現。

宇宙是由一個不存在時間與空間的量子狀態(無)自發躍遷(大爆炸或急速膨脹)到具有空間、時間的量子狀態(有)。因為最初的量子狀態是量子化的,所以沒有中間過程,宇宙於是就這樣“無中生有”地誕生了。

而在2500年前的中國,就有了老子的宇宙起源論的“無中生有”之說,道德經的開篇便是:“無,名天地之始;有,名萬物之母。”道出了宇宙乃源於“無”。也由此可見,過去人們總說古老的中華文化只是一種樸素的哲學觀,而現代的科學最終與這些古老的哲學觀不謀而合。那麼在我看來,古老的中華文化其實更是一種基本的科學觀。我說它“基本”,或許是因為它僅廖廖數語,但今人又有幾個能真正領略古人那些精簡而蘊含深遠意義的文字呢!

宇宙起源於奇點還是無中生有?奇點是“無”還是光子?

但無論是老子“道德經”的“無中生有”,還是現代“量子宇宙學”的“無中生有”,它們都仍在閃縮之間極力逃避或模糊最本質的問題,即仍然沒有好好解釋這個“無”究竟是什麼?它是能量、是物質、還是壓力?總而言之,這個“無”到今天仍然如本意那樣虛無縹緲,讓人捉摸不定,本質依然“無”也。但我們都知道,“無”並不是一無所有,也不是真的空。所以“無”應該是有內涵、有東西的。

既然古老的東方文化與現代科學都認為宇宙乃起源於“無”,所以宇宙起源於”無“的概率——宇宙波函數是大大的,那麼“無”是不是奇點便已不再重要了。但“無”肯定是具有最大能量、而且也必定是充斥了整個宇宙的物質,這一點應該是毋庸置疑的。

我們知道,光速是恆定,目前還沒有發現超光速的物體,宇宙中,沒有靜止質量為0的物體能超光速。換言之,光就是一種沒有質量但卻擁有能量的物質。那麼相對於任何有靜止質量的物質,光都是宇宙中最大能量的物質,起碼目前來說正是如此。

又根據宇宙爆炸之“殘餘”說,“宇宙背景輻射”就是光子的存在形式。並且就光本身的特性來看,它確實充斥宇宙之間,在宇宙中無處不在。也可以說沒有光就沒有生命,而其實沒有生命的宇宙,就是沒有運動的宇宙,那麼宇宙的意義也不存在。

宇宙起源於奇點還是無中生有?奇點是“無”還是光子?

綜合以上分析,從光子的特徵來看,光都符合“無”的特性,那麼這個“無”會不會就是光子?你認為呢?

相關推薦

推薦中...