宇宙大爆炸从奇点开始,无中生有是不是违反了能量守恒定律?

释放双眼,带上耳机,听听看~!
宇宙大爆炸论最早是勒梅特提出的,当然勒梅特可不是拍脑袋想出来的观点,而是在几十年前和苏联科学家弗里德曼不约而同的假设宇宙各向同性,通过爱因斯坦的引力场方程发现宇宙居然是动态的,即使加上了所谓的可以让宇宙保持静态的宇宙常数。

教科书上都写着宇宙诞生于一次大爆炸,所有的物质、空间甚至时间都来自于这次大爆炸,但在绝大部分科普资料限于篇幅,并没有交代为什么会产生这些物质与时空,下文就花个几分钟给大家交代下。

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物质能无中生有吗?

很多朋友认为爱因斯坦质能方程就已经明确地告诉我们,要么物质转换成能量,要么能量转变成物质,两者只是表现方式的不同,可以理解成物质的一体两面!当然这并没有什么问题,我们先从质能等价的角度来讨论下宇宙中物质的来源。

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宇宙大爆炸论最早是勒梅特提出的,当然勒梅特可不是拍脑袋想出来的观点,而是在几十年前和苏联科学家弗里德曼不约而同的假设宇宙各向同性,通过爱因斯坦引力方程发现宇宙居然是动态的,即使加上了所谓的可以让宇宙保持静态的宇宙常数。

星系红移示意图

而且哈勃哈在后来发现了遥远星系的红移,而且与距离成正比,史称哈勃-勒梅特定律,而勒梅特则在后来提出了宇宙大爆炸理论!认为宇宙可能诞生于一大爆炸!证据呢?毕竟宇宙发生了那么大一爆炸总得留下点什么证据不是?

所以伽莫夫认为宇宙大爆炸初期发生了最初的核聚变过程,宇宙中最原始的物质就来自于那次大爆炸,而各个物质的比例则可以和宇宙膨胀的速度推测出来。
另外拉尔夫·阿尔菲和罗伯特·赫尔曼则认为既然发生过大爆炸,那么肯定在宇宙的某处还遗留了大爆炸后的余晖!
后来大家都知道了,射电望远镜的发展证明了宇宙中弥漫的很多星云都是大爆炸留下的原初物质,比例非常符合计算,而宇宙微波背景的发现则表示宇宙中真的存在大爆炸留下的余晖!所以无论我们信不信宇宙有没有过那次大爆炸,至少我们现在找到的证据比如宇宙膨胀反推,物质比例,还是大爆炸的余晖等,因此我们姑且信之吧!

这是大爆炸的证据,以下我们来简单说说物质诞生过程:

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大爆炸物质诞生过程

种花家整理成了一张简单的表格,各位可以简单了解下物质诞生的过程,其实在10^-12秒之前的事情统统都是推测,因为即使是地球上最先进的对撞机也仅仅只能模拟在其之后的事情,但总的来说,物质从中诞生了,这点应该是可以肯定。

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而且在2011年美国布鲁克林国家实验室的相对论离子对撞机(RHIC)已经实现了夸克相变温度的撞击实验,这也是理论模型的验证,假如未来有比这个能级更高的对撞机,那么将可以模拟更早期的宇宙状态。

量子论的角度来理解奇点的诞生

上文已经确认了物质诞生的过程,但这并不能解决我们的疑问,吃瓜群众的必定有一个问题,奇点是怎么来的,尽管从现实角度来说没有意义,因为这已经追溯到了宇宙还不存在的时刻,但现代科学来说仍然试图解决这个问题:

奇点对于广义相对论和量子论都是失效的,那么就会有一个非常尴尬的境地,我们用什么物理规律来解释它?因为随后的暴涨将会产生任意着一种可能,或者这个问题会变成,在物理规律诞生以前,它们就注定了吗?比如四大基本作用力?

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因此科学界尽力在避免广相中推导出来的引力奇点出现,而量子引力论则有希望避免奇点的产生,比如弦理论中膜宇宙模型,描述的宇宙就是膜碰撞产生。

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不过当前比较取得一致的是宇宙可能是某个非常小的区域暴涨而来,海森堡不确定性原理告诉我们,时间T越确定,那么能量E就会越不确定,那么在很短一瞬间里,真空中也会有极大的能量起伏,因此我们看似空无一物的真空无时不刻都沸腾着能量。

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上世纪六十年代,有科学家提出了一种观点:引力的能量是负数,这个假设下整个宇宙立即将会变得非常奇妙,因为在极端的时间内真空中产生的能量,他们彼此之间又形成了引力,两者刚好互相抵消,那么总能量还是零,并没有破坏能量守恒定律,但要命的是物质就从空无一物的真空中产生了!

92c9193d7029f6d644c982a1e5bd8f1c7193.gif而且很多科学家都相信这一理论,量子效应无中生有,却仍然保持能量守恒,而且还在力的作用下指数级膨胀到整个宇宙!麻省理工的阿兰古斯就根据这个量子效应论推出了他的暴涨理论!

但问题是:量子论的物理规律从哪里来?一直以来就有吗?

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7 条回复 A文章作者 M管理员
  1. 魏彬武

    违反已发现的物理定律。谁有本事在实验室制造一个物质原子出来,制造一个电子也可以,那么诺贝尔奖就非他莫属了。

  2. 天文萌新

    先别想这种万年解决不了的问题了,想想口罩怎么办吧?

  3. 星辰大海路上的种花家

    说不定宇宙不是大爆炸来的,是被创造的,人类可以为细菌创造培养皿的环境,为什么不会有人创造宇宙呢?而且现实中存在的物理规律太可怕了

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