第九章时间——一部更简明的历史_宇宙起源

释放双眼,带上耳机,听听看~!

时间——一部更简明的历史_宇宙起源
“迈克罗夫特兄长就要来啦。”
引自《布鲁斯一帕廷顿计划》
关于时间的真正属性,存在着一个历时久远的难题。在数千年的历史中,许多不同文化的思想家们都面临着这同一个问题,那就是人们应该将时间想象为超越任何事物的亘古不变的背景舞台——种种事件都在这个舞台上演出,抑或它本身就是那些事件,所以要是什么也没有发生的话,那么时间也就不复存在了。我们之所以对这种差异感兴趣,那是因为第一种图景将迫使我们谈论物理宇宙在时间上的创生。另一种图景则设想时间与物理宇宙同时诞生。宇宙开端“之前”是不存在的,因为从前并不存在时间。
我们关于时间的日常经验,是用一系列自然事件来量度的:在地球引力场中摆的运动;太阳光在日暑上投下的影子随地球自转而移动,或者是铯原子的振动。除非说出我们是怎样测量的,否则我们就无法谈论时间“是”什么。时间经常是用事物变化的方式来定义的。如果这种想法的确接近于事情的真相,那么当我们遇到存在于大爆炸后最初时刻的那些非常条件时,我们就可以预期时间的本质会出现某些相当不寻常的情况。
17  世纪,牛顿的宇宙图景给时间以超越任何事物的地位。时间均匀而无情地流逝,完全不受宇宙中的事物和事件的影响。爱因斯坦的时间图景与此根本不同。空间的几何学和时间流逝的速率均为宇宙中的物质成分所决定。爱因斯坦的时间观还建立在这样的前提之上:任何人观测到的宇宙与他人相比都不占有特殊的优越地位。无论你在何处,无论你如何运动,你都应该从实验中演绎出相同的物理学定律。你看到的事件也许和别人不一样,但是你从它们之间推演出来的因果关系链却必须服从同样的自然定律。
在爱因斯坦的广义相对论中以平等的方式对待不同的观测者,这意味着在宇宙中不存在优先的计时方式。谁都没有测量过被称为“时间”的那些东西。他们测量的是宇宙中某些物理变化的速率。它可以是蛋形计时器中沙子的下落,可以是钟面上指针的移动,或者是水龙头的滴水。存在着无数种可能的变化,皆可用以定义“时间”的流逝。例如,在宇宙的尺度上,散布于宇宙各处的观测者皆可用正在下降的背景辐射温度来计时。在测量变化的种种不同方法中,似乎哪一种也不比其他方法更具有根本性。
在考察一个完整的空间与时间(在爱因斯坦的理论中这称为一个“时空”)的宇宙时,有一种富于启发性的方法,那就是将它看作一大摞空间的切片(为了直观起见,我们想象空间是 2 维、而不是 3 维的),这一握中的每一个切片各代表在不同时刻的整个空间。时间是识别这一摞中每一个“时间一切片”的标签。但是,如果我们将注意力集中于这整块时空的话,我们就会看到,它可以用许多不同的方式切成一叠“时间一切片”。我们可以从各种各样的角度将这块东西(时空)切成片。每种可能的切片方式都给出一种定义时间的不同方式。这块时空混合物不受所选择的时空切片方式影响,
①    参见第三章章首引文译注。此处引文系福尔摩斯接到其兄迈克罗夫特告知行将来访的电报后所语;此处
比喻极重要的事情即将发生——译者
①    “时间一切片”,原立“timeslice”— — 译者 所以这块时空乃是我们需要潜心考察的、比单独的空间或时间更为基本的实体。
在爱因斯坦对空间和时间的描述中,时空的形状是由寓居其中的物质和能量决定的。这意味着“时间”可以用每块切片的某种几何属性(诸如曲率之类)内在地定义,因而又可以用每块切片上的物质密度和分布来确定,于是,我们开始看到,将时间(包括它的开端和结束)与宇宙中物质和能量的某种属性联系起来是有可能的。
尽管广义相对论对于时间的属性有这些精言要义,但它却未能取消具体说明宇宙初始状态的要求。我们的时空切片堆始终有一块第一片,它决定了摞于其上的其他切片看来是何情状。
在量子理论中,时间的状况就更神奇了。如果我们在实际操作中利用宇宙的其他属性来定义时间的话,那就会间接地受到我们对于量子不确定性了解得如何的限制。因此,对整个宇宙作出某种量子描述的任何尝试,对于我们的时间观念都可能具有极不寻常的后果。人们已谈及的最不寻常之处是:可以将量子宇宙学解释为描述了一个从无创生的宇宙。
忽略实在世界之量子属性的简单宇宙学模型,可以从过去某一确定的时刻开始,而这一时刻又可以利用某种类型的钟来确定。决定那个宇宙的全部未来行为的起始条件必须在一开始就予以规定。为了描述当量子力学对于整个宇宙几乎没有什么影响时的宇宙状况,人们已经发展了这些模型。但是,如果我们打算在接近普朗克时期的条件下使用这些模型的话,那么我们就必须了解计入量子效应后会对时间的描述产生怎样的影响。
在量子宇宙学中,时间概念并不是很清晰地出现的。时间乃是宇宙中的物质成分及其位形的构成物。因为我们拥有这样的方程式:它们可以描述顺次观看一块块空间切片时物质的位形如何变化,所以在这里要是再有什么叫做“时间”的东西,那就是多余的了。这种情况和摆钟的情况并没有太大的差异。钟面上指针的位置完全保留着钟摆晃动了多少次的记录;并不必要再提及被称为“时间”的任何东西——除非我们想这么做。与此相似,在宇宙学的舞台上,我们利用为“时空”堆中的每块切片“造型”的物质位形作标签,而将这些切片互相区分开来。量子理论只是从统计上告诉我们有关物质分布的这种信息。当我们进行测量时,我们将会发现它可以处于无穷多种可能的状态之中。量子力学告诉我们发现它处在每种状态下的概率有多大。这些概率包含在某种数学实体之中;这种数学上的东西现在已被大家称为宇宙波函数,我们在后文中将简称它为 W。
目前宇宙学家们相信,他们有了一条发现 W 的具体形式的可能途径。正如我们早先着重指出的那样,将来说不定会证明这是一条死胡同,或者是将真实情况简化到了面目全非的地步。但比较乐观的想法是,我们希望它至少有可能是通往某种新的更好的近似的一块指路牌。这条拟议的途径用到了美国物理学家约翰·A. 惠勒(John A. Wheeler)和布赖斯·德威特(Bryce DeWiit)首先发现的一个方程。这个惠勒一德威特方程描述了 w 的演化。它是统辖普通量子力学波函数的著名的薛定谔方程在这一问题中的具体表现形式,但是纳入了广义相对论的弯曲空间特征。如果我们知道了目前 W 的形式,那么该方程就会告诉我们:人们发现所观测到的宇宙具有特定的大尺度特征的概率应该有多大。我们希望最终将查明,对于某些特定的状态,这种概率大得就象日常生活中的宏观事物那样,具有确定的特征而不必考虑其量子力 学的微观不确定性。如果最大概率值正好对应于在我们的宇宙中观测到的情况(例如,预言某种特定形式的星系成团性,或微波背景辐射的某种特定的温度变化),那么许多宇宙学家将会因我们的宇宙乃是所有可能的宇宙中最“可能的”之一而感到满意。然而,为了将惠勒—德威特方程用于求出我们今天观测到的冷而低密的宇宙之 W,仍然要求我们知道当宇宙具有极大密度和温度时——也就是它“开始”时——W 是什么情况。
在处理和研究 W 时,所涉及的最有用的量是跃迁函数,它告诉我们宇宙的状态可能发生什么样的特定变化。我们将跃迁函数记作 T,于是
T[X1 ,t1 ® X2 ,t2 ]
便给出“若宇宙在早先某时刻 t1 处于某状态 X1,则它在此后的某时刻 t2 处于某状态 X2 的概率,此处“时间”由宇宙的某种状态特征具体指明,例如由宇宙的平均密度来表示。
在非量子物理学中,自然定律预言过去某个特定的状态将导致未来某个确定的状态,而不必谈及什么概率。但是在量子物理学中,理查德·费曼(Richard Feynman)告诉我们,未来状态是由历史在空间和时间中前进时,有可能走过的所有路径取某种平均而决定的(见图 9·3)。这些路径中可能会有一个得天独厚地受非量子的自然定律管辖。我们称它为经典路径。在某些情况下,量子描述具有一个主要由经典路径决定的跃迁函数,其他跃迁函数则互相结合,并像位相互相错开的波峰和波谷那样互相抵消。
有一个很深刻的问题,那就是:对于一个密度极高的量子宇宙而言,是否所有可能的起始状态都会导致一个与我们自己这个宇宙相类似的宇宙。当我们的宇宙膨胀得相当大时,其中的量子不确定性就变得很小,因而人们在日常经验中能够清晰地感受到“时间”的流逝。人们也许会查明,这乃是一些非常苛刻的要求,这些要求也是存在有生命的观测者所必须的。它们从所有可能的世界中,将我们的宇宙作为特例标示出来。如果这正确无误的话,那么它就意味着只有凭借研究其宇宙学后果,我们才能完整地理解量子力学。
实际上,W 取决于在这堆时空的某一特殊切片上宇宙中全部物质和能量的分布位形,并取决于这一切片形状的某种内在特征(例如它的曲率)——后者有效而唯一地标记了它的“时间”。这就一一区分了这堆时空中的每块切片。于是,惠勒-特威特方程就告诉你:内在时间取某值时的波函数,与另一内在时刻的波函数形式是怎样联系起来的。当我们在经典路径附近时,这样发展起来的波函数可直接解释为对通常的经典物理学的小小修正。但情况并非永远如此,当最可能的路途远离经典路径时,要在任何意义上将量子演化说成出现在时间之中就变得越来越困难了。这就是说,惠勒- 德威特方程给予我们的空间切片集合并不堆垛得看上去像一个时空。尽管如此,仍然可以找到告诉我们宇宙从一种状态过渡到另一种状态的概率的跃迁函数。这样,寻找宇宙起源就可以类比为量子理论中的初态波函数问题了。
跃迁函数告诉我们宇宙从一种几何位形(物质因在其中具有某种特殊的布排而区别于其他位形)发生一次跃迁的概率。图 9·4 是从一种位形发展为另一种位形的图解。
我们可以设想从一个点而不是从某个初始空间切片开端的宇宙。它们看起来像圆锥而不像如图 9·4 所示的圆柱。图 9·5 展示了这种情况。
这并不算什么真正的进展,因为非量子宇宙学模型中的任何奇点都将表 现为经典量子路径的某种奇异特征,我们似乎只是在挑选某种特殊的初始条件(没有充分的理由可以说明为何要这样挑选),后者正好描述了从事先存在的某个初始点创生出了宇宙。
现在我们来考虑一种重要的路径。应该强调指出,也许今后会查明它根本没有任何物理意义,它是由美学引导的某种信仰上的东西。注意某种初始条件 g1 是如何与“管子”或“圆锥”在 g2,处的空间状态相联系的。也许,我们可以用某种方式使 g1,和 g2 处位形的边界相结合,从而使它们描述某个单一的平滑空间(如图 9·6 所示),后者则不再包含令人难堪的奇点?
我们知道在 2 维情况下(例如球面)这是有可能的;球面是平滑的,不存在任何像圆锥顶点那样的奇点。因此我们可以设想 4 维时空的整个边界不是 g1 和 g2,而是一个平滑的 3 维表面。它好像寄寓于 4 维空间中的一个球面。这些表面具有大小有限却无边缘的有趣特征:球面具有有限的面积(只要用有限数量的油漆就可以漆遍它),但是当你在球面上移动时,你永远也不能走出“边界”、也不会遇到像圆锥顶点那样的尖点。对于球面上的居民来说,它是没有边界的;对于宇宙的初始状态而言,我们也可以想像可与之类比的情况。然而——现在我们到了关键的一步——我们用来作为简单实例的那个球占据着某个 3 维的空间,并具有一个 2 维的表面。对于我们的量子边界,我们需要 4 维空间——而不是 4 维时空——中的一个 3 维表面。因此,斯蒂芬·霍金(StephenHawking)和詹姆斯·哈特尔(James Hartle)提出:在这种量子宇宙学的格局中,我们通常的时间概念不再适用,它变成了又一维的空间。
其实,这并不像听起来那样神秘而不可思议,因为在通常的量子力学中,物理学家们也经常使用这种“将时间变为空间”的花招来解决某些特定的问题,尽管他们并不想像时间当真就像空间一样。他们在结束计算时仍会回到通常的解释上来:存在着一维的时间,以及另外 3 个在质上不同的维度,后者就是我们所称的空间。这样做就好像暂时使用另一种语言讲话。
现在让我们说几句题外的话。关于这种重要的想法,最令人感兴趣的事情之一就是:要在“通俗”的水平上设法讲清楚那究竟是怎么一回事,该是多么地困难。斯蒂芬·霍金所著《时间简史》乃是对此所作的第一次尝试。科学普及曾经意味着用形象化的简单类比图象来解释复杂的数学抽象概念。科学作家们用小球之间的碰撞来描绘基本粒子之间的相互作用,或者用橡皮筋来描绘超弦,如此等等。事实上,在本世纪初,某些法国数学家对物理学家们作了相当严厉的批评,认为后者直到自己能用滚动的球、轮子、以及弦之类的可怜图景来想象事态如何发展之前,对于自己的理解总是不能感到快慰。科普作家总是利用这样一个事实:在宇宙所做的比较深奥的工作和我们经验中的其他简单事件之间,存在着简单的类比。但是,时间变成另一维空间看来却找不到什么贴切的通俗类比。人们可以读“时间变成另一维空间”这个句子,可以了解其中每一个单词是什么意思,但是对于这句话想说的究意是什么却无法真正理解。对于《时间简史》的读者而言,缺乏现成的类比可能是造成困难的原因之一。我们曾经以为,宇宙结构的最深刻的方面——在基本粒子的内部空间,或在黑洞和星系的外部空间将会具有局部性的简单类比,其实却可能不然。缺乏类比性也许是一种好的征兆,它可能表明我们正在触及真实宇宙的某些无法比喻的事实,而不只是在调整和简化我们所熟 悉的那些老概念。
对时间所作的这种量子处理的根本特征,是把时间当作在大爆炸的极端量于引力环境下当真像空间一样。当你刚刚从宇宙的开端出发时,情况可以想像为:量子效应将开始以某种毁灭性的方式起作用,随着波峰与波谷相遇,人们预期宇宙以越来越高的精度沿着经典路径发展。在普朗克时期之后的一刹那间,“时间乃是有别于空间的概念”这种常规观念开始成型。与此相反,当你朝宇宙的开端回溯时,这种传统的时间图景便消失了,时间与空间变得不复可分。
哈特尔和霍金之所以提出宇宙的原始量子状态无时间,乃是由于其输入假设显得如此之经济,并且避免了起始状态的奇点。正因为这样,所以它被说成了“没有边界条件”。更确切地说,“没有边界”这一点,要求宇宙的波函数由限于下述 4 维空间的那些跃迁取某种平均来确定:这种 4 维空间具有如前所述的球面那样的单一、平滑而有限的边界。
我们关心的是导致这样一个宇宙的跃迁概率:该宇宙的波函数由处于某种空间几何学中的物质所确定,上述“配方”为存在这样一个宇宙所提供的跃迁概率具有这样的形式:其中全然不为任何先验的“初始”状态留下丝毫的余地。因此,这往往被说成给出了一幅“从无创生”的图景,其中 T 给出从无创生出某种特定类型的宇宙的概率。“时间变成空间”这一假设的效果在于,没有确定的创生时间或地点。
从这类量子开端得到的整体图景是,惠勒- 德威特方程给出描述波函数 W 如何变化的自然定律。空间的几何学可以用来作为时间的量度,当你远离大爆炸时,对此是颇为熟悉的。但是当你往回朝我们称之为零时刻的那一瞬间看去时,时间概念便渐渐淡化了,直至最终不复存在。这类量子宇宙并不是一直存在着的,它也像具有奇点的非量子宇宙学那样出现了,但是它并非始于一次物理量取无限值,并且需要进一步给出具体初始条件的大爆炸。无论是在有奇点的情况下,还是在量子创生的情况下,都不存在有关它们从何而来或者它们“为何”出现的任何信息。
我们应该再次强调,这是一个带有根本性的方案。它有两个要素:第一是“时间变成空间”;第二是再加上“没有边界”,这对于宇宙的状态来说,乃是一帖起着双重作用的处方,它们既相应于传统图景中的初始方程,又相应于自然定律。即使你采纳了上述的第一个要素,即关于“时间变成空间”的想法,也还是有许多不同的选择可以用来代替“没有边界”这个条件,以具体确定一个从无到有的宇宙的状态。
图 9·7 给出在用到“没有边界”这个条件时,宇宙的波函数 W 随宇宙密度(它好比就是“钟”)的变化,也给出了使用阿历克斯·维伦金(Alex Vilenkin)提出的另一种可能的边界条件时的情形,它的行为与前者有相当大的差异。大的 w 值相应于高的概率。于是我们看到,“没有边界”这个条件意味着出现密度很高的宇宙乃是极不可能的:与此同时,在维伦金条件下则非常可能出现密度很高的宇宙。某些批评者觉得,这样的话,“没有边界”这一条件就极不可能导致一个足够密和热、从而得以在后来经历暴胀的极早期宇宙了。
宇宙波函数的研究尚处于起步阶段。在完成这一理论之前,有关它的种

 
 

①    “上述‘配方’”,仍指哈特尔和霍金提出的“宇宙原始量子态无时间”——译者 种想法无疑还会以种种方式发生改变。“没有边界”这一条件也还有不少缺点。它包含的信息也许太少,因而不能描述真实宇宙——它包含着诸如星系那样的不规则性——的全部观测特征。它必须补充有关宇宙中的物质场、以及它们如何分布的附加信息。它可能是对的,也可能是半对半错的,还可能是错的。现在谈论这些为时尚早。悲观论者甚至可能会说我们将永远无法谈论它,因为宇宙有可能以某种方式变革翻新,而不留下对于我们今天的观测,从而对检验我们的想法是否符合实际十分重要的量子起源的痕迹。
我们思考宇宙演化的传统方式,总是要谈到起始条件,而这些起始条件则受到变化定律的影响。我们从前述分析能够得到的重要教益是,考虑宇宙演化的这种传统方式有可能错误到了何等地步。它有可能是我们从一个量子引力效应小得微乎其微的自然王国获得的经验导致的假象。如果某种关于自然界的理论真正实现了统一,那么我们也许可以预期,它会利用由宇宙的物质组成来计时这样一种可能性,这样,就可以将大自然的组成成分连同统辖其变化的那些定律,都与时间本身的性质结合到一起了。然而,我们还可以选择边界条件,它将对诸如宇宙波函数之类的东西施予制约性的影响。无论“没有边界”这一条件究竟有多“经济”,一个不可回避的事实是:它和各种与之竞争的方案因其简单性或便于计算而被挑选出来了。就我们所知,人们尚未追究它们是否有悖于量子宇宙内在的逻辑一致性。
起始条件独立于自然定律的见解,在讨论整个宇宙的初始状态时,必须重新予以评估。如果宇宙是独一无二的——因为这是逻辑上一致的唯一可能性——那么初始条件便是唯一的,从而它们本身就变成了一条自然定律。另一方面,如果我们相信存在着许多可能的宇宙——甚至可能确是许多实在的宇宙,那么初始条件就毋须具备特定的状态。它们可以是被理解为“某种状态”的一切东西。
传统的观点认为初始条件是神学家研究的事情,变化定律则是物理学家探索的内容。现在,这种观念似乎有了疑问——至少暂时如此。宇宙学家们如今正在潜心研究初始条件,以冀发现是否存在着某种初始条件的“定律”,在这些初始条件中,“没有边界”的假说应该只是一个可能的实例。这种思想无疑是带有根本性的,但它可能还不够彻底。人们正在担心,现代量子宇宙学图景中使用的诸多概念和想法——“从无创生”、“时间随宇宙同生” ——也许只是沿袭已久的人类直觉和中世纪神学家们喜闻乐道的种种思想的精制的翻版。自不待言,正是这些历时久远的观念,驱使人们寻找甚至发现了现代宇宙学理论中的许多概念——尽管如今披上了数学的外衣。“时间变成空间”的假说则是一个真正彻底的要素,我们在前人的哲学和神学遗产中全然找不到它的踪影。有人猜测,在真实的图景浮现出来以前,也许还有更多习以为常的概念尚须予以变革。
尽管现代宇宙学的旋风已席卷到宇宙本身的起源问题——这方面的研究论文甚至用上了“宇宙从无创生”之类的题目,我们却必须谨慎行事。所有这些理论为了能言之有物地说东道西,都必须在一开始就假设存在着远比人们关于“无”的日常概念更多的事物。必须存在自然定律(在我们的讨论中就是惠勒—德威特方程)、能量、质量、几何学,当然,还有支承所有这一切的东西——无所不在的数学与逻辑世界。对于宇宙所作的任何完整的解释,在能被建立与证实之前,都要有一个庞大的推理结构。大多数现代神学家被问及上帝在宇宙中的作用时,着重强调的都是这种基本的合理性,而不 是简单地把上帝说成宇宙膨胀的伟大推动者。
试图将宇宙之存在解释成由绝对地无构成的某种先在状态之结果,这整个研究方案与我们对诸如“不存在免费午餐之类的东西”的直觉大相径庭。非科学家都明白,在生活中你不可能做出无米之炊。科学家们发现自然定律(它们描述什么变化是容许的)等价于如下的陈述:世界的某些特征永远保持不变,从而支持了上述的直觉和经验。自然定律在空间的每一个方向上、以及在任何的时刻都相同,这分别等价于在任何物理过程中的总旋转量(即所谓的“角动量”)守恒和总能量守恒。人们已在所有的物理过程中观测到,这两个量以及总电荷量乃是绝对守恒了,它们作为守恒量已与整个物理学的上层建筑深深缠结在一起了。
如果你建议对宇宙之诞生给出某种科学解释,那么立即就可能出现这样的异议:你是在企图从无中得到什么东西,因为你必须突然产生出一个具有能量、角动量和电荷的宇宙。这就违背了自然定律——后者将上述这些量的守恒奉为信条,因此宇宙从无创生不可能是那些定律的结果。
这话当然没错,它相当有说服力。然而当人们开始提出下述问题时情况就不同了,问题是:宇宙的能量、角动量和电荷大概会是什么样的。如果宇宙具有角动量,那么在最大的尺度上,膨胀就兼有旋转。最遥远的星系在直接退离我们的同时,还应该在天穹上移动。实际上,即使宇宙有显著的旋转,这后一种运动也将因为太慢而使我们无法探测到。然而,还有更灵敏的东西可以指示这种转动。如果我们考虑地球自转的效应,我们看到这导致了地球两极处稍稍变扁,所以地球在赤道处的半径大于两极处的半径。如果宇宙正在其最大的尺度上自转,那么也会发生类似的情况。沿自转轴的方向上膨胀得比其他方向稍慢。结果,来自自转轴方向上的微波背景辐射就应该最热,在与其相交成直角的方向上则最冷。在十万分之一的测量精度上,在所有的方向上辐射温度都相同这一事实意味着:如果宇宙当真具有大尺度的自转,那么这种旋转也必定要比宇宙尺度的膨胀慢一万亿倍以上。这个数值是如此微小,以至于使人想到宇宙的净自转和角动量也许就等于零。与此类似,没有证据表明宇宙具有任何整体性的净电荷。如果任何宇宙结构由于其中的(比方说)质子数和电子数(这两种粒子具有正负相反的等量电荷)之间的不平衡而拥有了某种电荷,那么这种不平衡就会产生某种非常引人注目的效果,这是因为电的力量要比使这些结构维系为一体的引力强得多。事实上,爱因斯坦的引力理论有一个很惊人的结果:如果一个宇宙是“闭”的,它最终将会收缩到某个未来奇点,那么它的总电荷就必须为零。它所包含的全部物质携带的各别电荷——正的以及负的,统统累加起来得出的整体电荷一定等于零。最后,宇宙的能量又如何呢?这是人们不能“无中生有”的最直观的熟悉事例。然而,令人惊异的是,如果宇宙是“闭”的,那么它的总能量同样必定为零。其理由可循踪到爱国斯坦的著名公式“E=mc2”,它提醒我们质量和能量是可以互换的,因此我们应该统一考虑质(量)—能(量)守恒,而不是单单考虑能量守恒或质量守恒。重要的是,能量的形式与质量不一样,它有正的和负的两种。如果我们将一个闭宇宙中的全部质量相加,那么它们就会对总质-能作出很大的正贡献。但是,那些质量彼此间还施加引力影响。那些引力等价于负的能量——我们称它为“位能”。如果我们手中拿着一个球,那么它就拥有了这种位能;如果这个球掉到地上,那么位能就会变成正的动能。引力定律确保了宇宙中所有质量之间的(负的)引力位能,必定永 远和与每个质量 m 相关联的(正的)能量 mc2 的总和大小相等、符号相反。因此,总的结果永远准确地等于零!
情况就是如此地令人惊异。看来,阻止我们从无得到什么东西的那 3 个守恒量也许全都等于零。关于这一点的全部含义目前尚不清楚。然而,妙不可言的是,守恒定律似乎并未为宇宙从无创生(或者复归于无)造成什么障碍。
为了结束对宇宙从无创生这一科学流派的讨论,我们还得回到早先的那种想法上来:宇宙始于时空的奇点。量子宇宙学的“没有边界”这一条件设法避免了诸如此类的灾变性开端,因而目前在宇宙学家中非常流行。然而,你应该留心这样一个事实:量子宇宙学的许多研究工作,动机是设法避免密度无限的初始奇点,因此这些研究往往专注于有可能避免奇点的各种量子宇宙学理论,而忽视了也许包含有一个奇点的那些量子宇宙学。值得注意的是,从奇点出现大爆炸宇宙这种传统图景,严格地说,乃是从绝对的无中创生宇宙。它既没有给出任何原因,也未对所出现的宇宙具有何种形式作出任何限制。没有先在的时间,没有先在的空间,也没有先在的物质。量子创生模型则希望从某种不可避免的量子状态出发,通过对某个极可能存在的宇宙所作的跟踪描述,而使我们获知宇宙何以会具有那么多不寻常的特征。遗憾的是,目前的那些特征中有许多似乎起源于某个暴胀的膨胀阶段,而暴胀则似乎是大量不同初始量子状态的结果。
这些研究仿佛侵入了传统的神学领地。在过去,正统的基督教神学家们一直对大爆炸图景给出的全部宇宙学感到满意。有些人已对该传统图景提供的奇点表观开端作了许多发挥。奇点定理指出宇宙需要某种开端,尽管它对为何会出现那个开端、或者该开端是像什么样子根本无可奉告。这诱使某些宗教思想家对此种状况采取了“天堑神司”的朴素信念,即相信宇宙之始乃是科学事业永远无法填平的一道鸿沟。与此适成对照的是,量子宇宙学事业对许多神学家来说似乎并不很有吸引力,因为它试图用科学定律来描述创生过程本身,或是证明在某种意义上它乃是不可避免的。它威胁着就要填平这最后一道鸿沟。

奇点天文网 dprenvip.com

本文由奇点天文作者上传并发布,奇点天文仅提供文章投稿展示,文章仅代表作者个人观点,不代表奇点天文立场。

人已赞赏
天文科普

太空幽灵

2020-10-12 9:00:37

天文科普

月球内部是空的月震试验的证据。

2020-10-12 9:19:46

0 条回复 A文章作者 M管理员
    暂无讨论,说说你的看法吧
个人中心
购物车
优惠劵
今日签到
有新私信 私信列表
搜索