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宇宙溯源︱ “大爆炸”之前发生了什么?


“大爆炸”(Big Bang)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。

但在“大爆炸”之前是什么样的?

-- 这是自然而然产生的疑问。对此,物理学家们有着不同寻常的解释。

理解“大爆炸”

首先要理解的是,“大爆炸”到底是什么?

“大爆炸”是一个时刻,而不是空间的一个点。因此,“大爆炸”时的宇宙可能是极微小或无限大的,因为无法回顾我们今天甚至看不到的东西。我们真正所知道的是,它非常非常密集而且很快就变得不那么密集。

当然,在宇宙之外确实没有任何东西,因为根据定义,宇宙就是一切。所以,在“大爆炸”时,一切都比现在更密集、更热,但并不比今天多一个“外部”。

尽管很容易 -- 以神一样的视点,想象自己能站在虚空中,在“大爆炸”之前观察,但那是不可能的。因为,并非宇宙扩大到空间,而是空间本身扩大了。

无论在宇宙中哪里,如果追溯回到138亿年前,都会来到这个点,那里极度热,密集且快速膨胀。

没有人确切地知道宇宙中发生了什么,直到“大爆炸”一秒钟后,宇宙冷却下来,足以使质子和中子相撞并粘在一起。许多科学家确实认为宇宙在那第一秒内经历了指数扩大过程,称为膨胀(inflation)。

在爆炸之前

有可能在“大爆炸”之前,宇宙是一种超热、超密物质的无限延伸,保持着稳定状态,直到由于某种原因,“大爆炸”发生。

这个超密的宇宙可能是由量子力学控制的,量子力学是一种极小尺度的物理学,那么,“大爆炸”就代表了古典物理学成为宇宙演化主要驱动力的那一刻。

对于 [斯蒂芬-霍金](Stephen Hawking)来说,这一刻至关重要:在大爆炸之前,事件是不可测量的,因此也无法定义。

[霍金] 称之为无边界假设:时间和空间是有限的,但它们没有任何边界,也没有起点或终点,就像地球是有限的,但没有边界一样。

既然“大爆炸”之前的事件没有观测结果,不妨把它们从理论中删除,并说时间开始于“大爆炸” -- 他在2018年国家地理节目"StarTalk"的一次采访时如此说。

镜像宇宙?

或许在大爆炸之前还有其他值得的深思的事情。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,存在另一个宇宙,与这个宇宙相同,只是朝着过去而不是朝着未来增加。

增加,或者说增加系统中的无序,本质上是时间之箭,所以在这个镜像宇宙中,时间相反于现代宇宙中的时间,而我们的宇宙则是在过去。

该理论的支持者还认为,在这个镜像宇宙中,宇宙的其他性质也会改变。例如,物理学家 David Sloan 在牛津大学科学博客中写道,分子和离子的不对称性将与它们在我们宇宙中的方向相反。

“大反弹”("Big Bounce" )?

一个相关的理论认为,“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一个时刻。

这种“大反弹”的观点表明,随着宇宙膨胀、收缩和再次膨胀,可能会有无限次“大爆炸”。

这些想法的问题在于,没有解释膨胀的宇宙为什么或如何收缩并回到低熵状态。

母宇宙,子宇宙 -- 平行宇宙?

在2004年,物理学家们提出,也许我们所知道的宇宙是一个母体宇宙的后代,从母体宇宙中一小部分时空被撕扯出来。

这就像一个放射性的原子核在衰变,当一个原子核衰变时,它会喷出一个α或β粒子。母体宇宙也可以发生类似情况,只不过它喷出的是小宇宙,也许是无限的。

正是“量子涨落”使它发生,这些小宇宙实际上是“平行宇宙”,彼此之间没有相互作用或影响。

继续探索...

如果这一切听起来相当令人迷惑,那是因为科学家们甚至还没有办法回望大爆炸的那一刻,更何况在它之前发生的事情了。

不过,还有探索的空间。

2015年探测到来自强大星系碰撞的引力波,开启了一种可能性,即这些引力波可被用来解答在那至关重要的第一秒,宇宙膨胀的根本奥秘...


编译:E闻天下

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