宇宙从何而来?虚空不稳定诞生最初大爆炸

2015年06月23日08:18   新浪科技 微博    收藏本文     
哈勃空间望远镜拍摄的图像。大质量天体会造成背景星系光线的弯曲,这是爱因斯坦的理论所预言的情景,被称作“引力透镜”  哈勃空间望远镜拍摄的图像。大质量天体会造成背景星系光线的弯曲,这是爱因斯坦的理论所预言的情景,被称作“引力透镜”
蟹状星云,这是超新星爆发留下的遗迹。我们所在的宇宙或许只不过是一片无垠沙滩上的一颗沙粒而已蟹状星云,这是超新星爆发留下的遗迹。我们所在的宇宙或许只不过是一片无垠沙滩上的一颗沙粒而已

  新浪科技讯  北京时间6月23日消息,据英国广播公司(BBC)网站报道,宇 宙为何会存在?人们为这个问题已经争论不休了几千年。全世界几乎每一个古代文明都会有着自己对于这个问题的解释——但尽管存在差异,但从本质上来说,他们 基本都将原因归为某位神灵的创造。宇宙的起源问题同时也是哲学界长久以来探讨的话题。然而在这场喧嚣之中,科学界的声音却显得格外微弱。

  不过在最近几年时间里,一部分物理学家和宇宙学家们终于开始尝试涉足这一终极问题的探讨。他们指出我们目前已经大致了解了宇宙的历史,并且也了解了可以对其 进行基本描述的物理学定律。他们认为,借助以上这些信息,我们应该就可以探寻宇宙如何存在以及为何存在这类问题的答案。

  天文学家们自己也承认,他们对于这个问题给出的回答听上去是充满争议的:他们认为我们目前生活其中的,遍布恒星的宇宙最初是从一场剧烈的大爆炸中诞生的,而在那之前什么都不存在。天文学家们指出,大爆炸必然会发生,原因是“虚空”(nothing)本质上是不稳定的。

  这样的观点或许听上去会显得非常诡异,或感觉就是另外一个疯狂的创世学说。但物理学家们指出,这一理论是直接从物理学的两大支柱,即量子力学和广义相对论中推导出来的。

  可是,从“虚空”之中诞生,这怎么可能呢?

  真空中的粒子

“斯蒂芬五重星系”。哈勃空间望远镜拍摄图像“斯蒂芬五重星系”。哈勃空间望远镜拍摄图像

  在探讨这个问题之前,我们首先应该了解一下量子力学的一些观点。量子力学是物理学的一个重要分支,主要适用于非常微观的世界,如原子甚至更加微小的粒子。这是一个极为成功的理论,它实际上构成了现在我们使用的大部分电子器件背后的理论基础。

  量子力学告诉我们,并不存在所谓的“真空”。即便是最完美的真空之中实际上也充斥着粒子与反粒子,它们不断诞生,然后几乎在同时不断湮灭。

  这些所谓的“虚粒子”(virtual particles)存在的时间太过短暂,因而无法被直接测量到,但通过一些效应,我们可以确信它们的确存在。

   时空——从零空间和零时间开始

或许多重宇宙就像这些气泡一样或许多重宇宙就像这些气泡一样

  从微观事物,如原子,到宏观事物,如星系。与描述微观世界的量子力学不同,我们用于描述宏观世界的理论则是广义相对论。这是爱因斯坦一生最重要的成就,该理论描述了空间,时间和引力是如何运作的。

  相对论与量子力学不同,并且迄今都没有任何人能够将这两者成功地统一起来。然而借助谨慎的近似方法,一些理论科学家的确已经成功地在某些具体问题上同时应用这两大理论。比如英国剑桥大学的史蒂芬·霍金教授对于黑洞的研究便是如此。

  在这样尝试的过程中,科学家们发现的一个情况就是,当将量子力学应用到在可能范围内最小尺度的空间中时,空间本身将变得不稳定。在这样的尺度上,空间不再显示完美的平滑和连续,空间和时间都失去了其稳定性,它们混杂在一起,形成了时空的泡沫。

  换句话说,微小的时空泡沫是可以自发形成的。美国亚利桑那州立大学坦普尔分校的劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)表示:“如果时空是量子化的,它们就会发生涨落。因此正如你可以创造出虚粒子一样,你也可以创造出虚时空。”

  除此之外,如果这些时空泡沫的形成是可能的,那么它们就一定会形成。美国波士顿塔夫茨大学的亚历山大·维兰金(Alexander Vilenkin)指出:“在量子物理学中,如果某件事并非是被禁止的,那么它真的发生的概率就不为零。”

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文章关键词: 宇宙大爆炸诞生理论物理学

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