宇宙溯源︱ “大爆炸”之前發生了什麼?


宇宙溯源︱ “大爆炸”之前發生了什麼?

“大爆炸”(Big Bang)通常被認為是一切的開始:大約138億年前,可觀測到的宇宙開始膨脹並形成。

但在“大爆炸”之前是什麼樣的?

-- 這是自然而然產生的疑問。對此,物理學家們有著不同尋常的解釋。

理解“大爆炸”

首先要理解的是,“大爆炸”到底是什麼?

“大爆炸”是一個時刻,而不是空間的一個點。因此,“大爆炸”時的宇宙可能是極微小或無限大的,因為無法回顧我們今天甚至看不到的東西。我們真正所知道的是,它非常非常密集而且很快就變得不那麼密集。

當然,在宇宙之外確實沒有任何東西,因為根據定義,宇宙就是一切。所以,在“大爆炸”時,一切都比現在更密集、更熱,但並不比今天多一個“外部”。

儘管很容易 -- 以神一樣的視點,想象自己能站在虛空中,在“大爆炸”之前觀察,但那是不可能的。因為,並非宇宙擴大到空間,而是空間本身擴大了。

無論在宇宙中哪裡,如果追溯回到138億年前,都會來到這個點,那裡極度熱,密集且快速膨脹。

沒有人確切地知道宇宙中發生了什麼,直到“大爆炸”一秒鐘後,宇宙冷卻下來,足以使質子和中子相撞並粘在一起。許多科學家確實認為宇宙在那第一秒內經歷了指數擴大過程,稱為膨脹(inflation)。

在爆炸之前

有可能在“大爆炸”之前,宇宙是一種超熱、超密物質的無限延伸,保持著穩定狀態,直到由於某種原因,“大爆炸”發生。

這個超密的宇宙可能是由量子力學控制的,量子力學是一種極小尺度的物理學,那麼,“大爆炸”就代表了古典物理學成為宇宙演化主要驅動力的那一刻。

對於 [斯蒂芬-霍金](Stephen Hawking)來說,這一刻至關重要:在大爆炸之前,事件是不可測量的,因此也無法定義。

[霍金] 稱之為無邊界假設:時間和空間是有限的,但它們沒有任何邊界,也沒有起點或終點,就像地球是有限的,但沒有邊界一樣。

既然“大爆炸”之前的事件沒有觀測結果,不妨把它們從理論中刪除,並說時間開始於“大爆炸” -- 他在2018年國家地理節目"StarTalk"的一次採訪時如此說。

鏡像宇宙?

或許在大爆炸之前還有其他值得的深思的事情。一種觀點認為,“大爆炸”不是時間的開始,而是一個對稱的時刻。在這個觀點中,在“大爆炸”之前,存在另一個宇宙,與這個宇宙相同,只是朝著過去而不是朝著未來增加。

增加,或者說增加系統中的無序,本質上是時間之箭,所以在這個鏡像宇宙中,時間相反於現代宇宙中的時間,而我們的宇宙則是在過去。

該理論的支持者還認為,在這個鏡像宇宙中,宇宙的其他性質也會改變。例如,物理學家 David Sloan 在牛津大學科學博客中寫道,分子和離子的不對稱性將與它們在我們宇宙中的方向相反。

“大反彈”("Big Bounce" )?

一個相關的理論認為,“大爆炸”並不是萬物的開始,而是宇宙從收縮期向膨脹期轉變的一個時刻。

這種“大反彈”的觀點表明,隨著宇宙膨脹、收縮和再次膨脹,可能會有無限次“大爆炸”。

這些想法的問題在於,沒有解釋膨脹的宇宙為什麼或如何收縮並回到低熵狀態。

母宇宙,子宇宙 -- 平行宇宙?

在2004年,物理學家們提出,也許我們所知道的宇宙是一個母體宇宙的後代,從母體宇宙中一小部分時空被撕扯出來。

這就像一個放射性的原子核在衰變,當一個原子核衰變時,它會噴出一個α或β粒子。母體宇宙也可以發生類似情況,只不過它噴出的是小宇宙,也許是無限的。

正是“量子漲落”使它發生,這些小宇宙實際上是“平行宇宙”,彼此之間沒有相互作用或影響。

繼續探索...

如果這一切聽起來相當令人迷惑,那是因為科學家們甚至還沒有辦法回望大爆炸的那一刻,更何況在它之前發生的事情了。

不過,還有探索的空間。

2015年探測到來自強大星系碰撞的引力波,開啟了一種可能性,即這些引力波可被用來解答在那至關重要的第一秒,宇宙膨脹的根本奧秘...


編譯:E聞天下


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