138.2億年前, 宇宙大爆炸“炸”出所有物質, 那原材料來自哪?
“道生一,一生二,二生三,三生萬物。”這是老子對於天地萬物起源的論述,也是中國哲學關於終極存在的深刻思辨。而在現代
天文
學當中,宇宙誕生的問題成為一切物質存在問題的源頭。
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幾百年來,傑出的
科學家
們為了解決這個問題提出了無數的猜想、假設和模型,只為了嘗試解答,我們所身處的這個時空從何而來,又是按照怎樣的規律在發展演變,最終會走向何方。
到今天為止,在科學領域得到最多支援的宇宙起源模型是大爆炸理論,但伴隨這個理論很快產生了新的疑問,讓大爆炸得以發生的物質又是什麼呢?它們來自何處?
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宇宙大爆炸
138。2億年前,宇宙的起點是一個高溫高密的物質狀態,也就是常說的奇點,而後在某個特定的時間節點上,宇宙進行了一次非常快速的膨脹,整個過程大概持續了10-37秒,隨後進入了被稱作暴脹的階段。
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在此期間,宇宙的膨脹呈指數增長,帶來的結果是宇宙時空中的粒子和反粒子之間持續地大規模地碰撞,直至達成數量相等。
但這個均衡狀態沒有持續太久,一些新的反應開始發生,並使得某些粒子的數量超過了相應的反粒子,這種非守恆狀態基本上確定了宇宙中物質主導反物質的情形,並長久地穩定下來。
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在暴脹之後,宇宙的膨脹速度會明顯慢下來,粒子的活躍度也隨著能量下降而不斷降低,物質和能量逐漸在引力的作用下開始演變,形成結構、數量各不相同的物質形式,這些形式主要包括三種,冷
暗物質
、熱暗物質以及重子物質,其中佔比最大的是冷暗物質。
根據科學家測算,它幾乎覆蓋了宇宙物質的80%以上。而與此同時,在這些物質之外,一種被稱為暗能量的能量形式被認為是主導宇宙演化的主要力量,它在上百億年的時間裡一直在不斷增長,造成的結果是,宇宙的膨脹速度開始逐漸加快。
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大爆炸理論一直以來確實也在不斷受到質疑,但它在科學領域獲得的壓倒性勝利也並非沒有根據。
從宇宙模型推演的意義上說,如果完全是自我推論,那麼無論它再怎麼符合天文觀測的結果,也只能說是一種邏輯把戲,但是大爆炸理論之所以能夠得到權威科學家的支援,是因為它的核心觀點都是由在體系之外的實際觀測所論證形成的。
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相當一部分對大爆炸持懷疑態度的科學家所提出的問題是,該模型中所假設存在的一些物理現象包括物質形態和能量作用模式至今尚未在實驗中得到驗證,比如所謂的暗物質。
但總的來說,目前的大爆炸模型在解釋宇宙過去和當前的變化和演進上仍然具有最高的適用性,所存在的尚未確定的問題也只對整個模型構成修正的意義,並不影響最核心的內容。
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最初的奇點
既然這是一個關於起源和終極存在的問題,那麼讓我們回到那個被稱為奇點的宇宙狀態上去,如果奇點是大爆炸的原始形態,那麼我們自然會進一步思考奇點究竟是什麼,在它之前的宇宙是什麼樣的等問題。
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對於這個疑問,大爆炸模型當然也給出了它自己的解釋:由於宇宙膨脹的動力主要來自於物質能量之間的引力,所以當這個膨脹所產生的時空達到一定程度時,物質能量之間的引力就會隨著空間距離的增大而減小。
但宇宙大小的變化不會就此停滯。引力減小意味著膨脹速度減小,當這個數值減小到0的時候,膨脹就會停滯,收縮由此開始,宇宙沿著最初的生成軌跡開始朝著反方向消失,所有已經存在的時空被持續壓縮,直到回到最初的奇點。
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很顯然,宇宙的生成和消失是一個迴圈往復的過程,所有的物質和能量進入了一種類似永恆輪迴的無限演化中。這樣的解釋不得不讓我們想起了許多宗教文化中對存在和起源的理解,比如涅槃輪迴,二者在某種意義上確實有其相同之處。
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事實上,隨著天文觀測和物理學研究的不斷髮展,一些可能超越大爆炸理論的觀點正在被前沿科學認可,比如哈特爾-霍金無邊界條件的提出將時空演變從奇點的桎梏中解放了出去,認為宇宙的形成不需要依靠這一假設,再比如所謂的膜宇宙模型,認為宇宙的形成建立在一種膜的迴圈碰撞運動上,除此之外還有混沌暴脹理論等等。
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結語
總之,在大爆炸模型的宇宙觀裡,宇宙的形成是以奇點為關節重複生成和消失的過程,並不存在所謂的前奇點宇宙,至於這個理論將會面臨的修正和挑戰,只有等待宇宙天文觀測的進一步推進來為我們揭秘了。
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