宇宙解码 - 宇宙大爆炸前是什么?奇点?纯能量?

上一篇(左方向键) 下一篇(右方向键) 回目录(回车键) 粗体(B键)  正常(N键) 随机浏览(S键)   浏览次数:17    发布时间:2020/10/11 23:16:56   出处:宇宙解码   

  在目前最正统的宇宙学课程里面。奇点是时空的开始,讨论它之外的都没有意义。

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  有的答案提及宇宙大爆炸理论不一定完全正确,诚然,任何物理理论都有局限,但是目前而言,大爆炸理论目前还是被普遍承认的,并不是说因为星系之间相互远离就是大爆炸理论的唯一基础,CMB和原初核合成也是大爆炸理论最为坚实的后盾。简简单单的认为大爆炸是人造理论,有点低估了现在宇宙学的深度和广度了。至少,目前的宇宙学家自己不会质疑宇宙大爆炸理论,而是把它当作基本事实,注重于测量各项基本常数,以及恼人的暗物质暗能量去了。

  还有的答案里面有些概念就不能苟同了。诚然,确实有可观测宇宙和真实宇宙之分,但是“真实宇宙”的大小有多大,是无限的还是有限的,目前及可见的未来还是会不断有争论的(虽然普朗克卫星的最新结果支持一个非常接近,甚至可以认为就是平直的宇宙)。此外,如果认为在宇宙诞生开始,宇宙在奇点之外也是无穷大的,那会带来无穷无尽的问题。现代宇宙学里面有一个最基本假设,那就是宇宙学原理,认为宇宙是处处相同的。我们不能认为我们的可观测宇宙就是宇宙中一个特殊的点。

  相反,对于宇宙中任意一个点,现代宇宙学也认为它们的可观测宇宙和我们一样大,同时演化。问题在于,第一,宇宙既然在奇点之外也无穷无尽,那么这部分之外的宇宙是怎么形成的呢?在可观测宇宙诞生之前还是之后?如果它们在一开始就存在,那么它们会不会和我们宇宙一起膨胀?第二,诚然,在一个无穷大的空间里面,时空在自己内部膨胀看上去没有问题。但是很显然,时空如果是统一的,那就不可能在自己内部膨胀了。

  共形循环宇宙

  现在好了,随着罗杰·彭罗斯获得2020年诺贝尔物理学奖,他的共形循环宇宙学又一次重见天日。按照这个学说,人们终于可以回答宇宙之前是什么了,彭罗斯这位89岁的迟暮老人也再次向人们推荐这个理论,并言之凿凿地预言,宇宙微波背景上发现的6个霍金点,就是这个学说最好的证明。

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  宇宙必然起源于一个奇点,是彭罗斯和霍金在上世纪60年代一起证明的,这被称为奇点定理。之后宇宙大爆炸及暴胀理论逐渐占据科学界的主流,发展到今天已广为人们所知,几乎成为宇宙起源唯一的解释了。但大爆炸之前宇宙究竟是什么,让所有人都极其不爽,难道我们真的就没有权利去追究宇宙背着我们都干了些什么吗?

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  什么是共形循环宇宙

  我理解的彭罗斯的想法大概是这样的,宇宙不断膨胀,最终将导致宇宙中所有物质都变成稀释的能量,宇宙中只剩下无处不在的黑洞。当宇宙微波背景温度降到无限趋近于绝对零度时,这些黑洞的温度将在某一时刻高于宇宙微波背景温度,从而开始向宇宙微波背景释放霍金辐射,黑洞变得越来越小,最后黑洞蒸发完毕,宇宙中只剩下纯粹的能量。

  在这个过程中,大爆炸时宇宙处于低熵状态,随着宇宙膨胀演化,宇宙的熵越来越大,到物质全部转化成能量后,宇宙就达到了最高熵;黑洞蒸发开始从宇宙中移除熵,蒸发完毕后熵就被清零,这时候就开始了新一轮的宇宙大爆炸。

  彭罗斯利用共形变换,一方面将体积无限小,密度温度无限高的宇宙初始奇点状态,变换成密度温度体积都有限的时空,另一方面又将未来膨胀到无限大的宇宙时空,变换成尺度有限的时空,从而让两个宇宙的终点和起点可以平滑地连接起来,从而形成一串首尾相接的“宇宙串”,回答了我们因为时间中断而无法回答的宇宙之前是什么的问题。

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  这一连串的宇宙大爆炸,就相当于纯能量(宇宙起点,上一个宇宙的终点)——能量和物质的混合态(宇宙膨胀状态,低熵-高熵-低熵)——纯能量(宇宙终点,下一个宇宙的起点)的循环,非常简洁,我感觉还是挺优美的。

  我很想找一个什么现象来形容这个无限大到无限小的,不过抠破脑皮也想不出来,或许只能用一个哲学点的概念来说了,极大就是极小,或者否极泰来什么的。

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  不过很多科学家认为,很难将一个永恒的无限大的宇宙整合到下一个永恒的超级小宇宙中,而且该理论要求宇宙中所有粒子质量都要消失,变成纯粹的能量,实在太难以想象了。

  现有的理论认为大爆炸是时空的开始,在这之前谈论时间和空间这两个东西如同讨论南极点之南一样没有意义。就算现有理论是错的,对于题主关心奇点起源和之外,现有的已被证实的理论对此也无法回答。而有可能回答的其他理论比如弦理论 和圈量子理论都还没有被完全认同。而更为发散的比如平行宇宙理论,子母宇宙理论,循环宇宙理论,高维坍缩,膜碰撞(……林林总总五花八门,比宗教那些单调的创世论不知道高到哪里去了……)它们对于这个问题可能有相应的解答,但是目前我们只能称它们为猜想,离被承认的事实和严谨的科学还有着遥远的距离…可见的未来,我们对于这个问题的争论也会一直进行下去。

  

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