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關於宇宙的起源,我們平時聽得最多的應該就是“大爆炸理論”(The Big Bang Theory),我們一般都會將其理解為,一個體積極小、密度和溫度都極高的奇點,在137億年前發生了無與倫比的爆炸,並在隨後的膨脹過程中漸漸演化成了現在的宇宙。

“大爆炸理論”是目前科學界認同度最高的理論,但要讓我們去理解這個理論卻並不容易,其中最讓人困惑的就是,137億年前,宇宙大爆炸時的奇點到底有多小?奇點的外面是什麼?今天我們就來講一下。

奇點這個概念來自於數學,它是指讓數學表示式沒有意義的點,比如說在 f(x) = 1/x 中,“x = 0” 就是這個數學表示式的奇點。因此我們也可以將數學中的奇點理解為,一個在數學中無法處理的點,同樣的道理,所謂宇宙大爆炸時的奇點,其實是指在物理學中無法處理的點。

人們長期以來對宇宙的觀測資料表明,宇宙是處於一個加速膨脹的狀態,科學家根據這一現象,利用現有的物理理論對其進行時間回溯,試圖從中找到關於宇宙的一切答案。那麼現在的科學家已經將宇宙回溯到哪個時間段了呢?答案就是宇宙大爆炸後的 10^-43 秒(普朗克時間)。

科學家將大爆炸後的 10^-43 至 10^-35 秒這段時間,稱為“大統一年代”(Grand Unified Era),這個時間段裡,宇宙的溫度高達 10^27 至 10^32 開爾文,在如此高的溫度下,除了引力之外的三種基本力(強力、電磁力以及弱力)是全都合併在一起的(這符合現代物理學中相關理論的描述,並已在實驗中得到部分驗證)。

非常遺憾的是,“大統一年代”就是現代物理學的相關理論能夠描述的極限了,因為在大爆炸後的 10^-43 秒之前,整個可觀測宇宙都在普朗克長度(約為 1.6 x10^-35 米,現代物理學意義的最小長度)以下,根據廣義相對論的預言,在這樣的尺度下四大基本力會合而為一,然而現在並沒有任何的理論能夠合理地描述這一現象。

簡單地講,就是在回溯宇宙的過程中,現代物理學的解釋是有一個極限的,而這個極限所描述的點,就是宇宙大爆炸的奇點。因此我們可以清楚地看到,宇宙大爆炸的奇點不是位於空間中的一個點,而是宇宙在過去的時間裡所處的一個狀態。有了以上的認識,我們就可以來回答上述的兩個問題了。

科學家回溯宇宙的過程,就好比將一部影片倒著播放,我們可以將其理解為,宇宙在以一定的速度在縮小,這個過程一直持續到137億年前宇宙大爆炸的那一刻。我們從中得到了兩條重要的資訊,第一是這個過程的時間是有限的,第二是在這個過程中宇宙縮小的速度也是有限的。

另外需要注意的是,我們並不能“看”到宇宙的全部,只能“看”到其中的一部分,我們將這一部分稱之為“可觀測宇宙”。好的,現在我們來做一個簡單的推理:一個以有限的速度不停縮小的物體,在有限的時間內,其體積必定不會是“無限小”,而應該是“有限小”。

同樣的道理,不管可觀測宇宙縮小到什麼程度,它必定會有一個“有限小”的體積。這個體積有多小呢?前面我們已經知道了,宇宙處於奇點的狀態時,整個可觀測宇宙的尺度是在普朗克長度以下的,可以看到這是一個小得難以想象的體積,但我們不能就此下結論,認為宇宙處於奇點的狀態時,體積就是極小的。

因為可觀測宇宙只是整個宇宙的一部分,在可觀測宇宙之外,仍然有著其他的存在,事實上,我們必須將這所有的一切全包括進來,才能稱之為宇宙。那麼宇宙有多大呢?按照目前我們對宇宙的認知來看,宇宙是無限大的。換句話說,就是宇宙是由無限個像我們這樣的“可觀測宇宙”組成。

當宇宙處於奇點的狀態時,實際它還是由無限個“可觀測宇宙”組成,雖然此時它們的體積極小,但是它們的數量卻是無限的。那麼一個由無限個體積極小的“可觀測宇宙”組成的宇宙,它的體積有多大呢?答案當然是無限大!

處於奇點狀態的宇宙,這裡我們可以粗略地將其稱為“宇宙大爆炸”時的奇點,因此我們可以得出一個結論,即:137億年前,宇宙大爆炸時的奇點,其體積依然是無限大的。

二、奇點的外面是什麼?

得出了“宇宙大爆炸時的奇點無限大”的結論以後,這個問題就可以給出合理的解答,即:對於一個無限大的物體來講,根本就沒有“外面”可言。

最後總結一下,“大爆炸理論”是科學家根據現在觀測到的現象,通過時間回溯的方式推測出的一個理論,然而當時間回溯到所謂的“宇宙大爆炸”那一刻,現有的物理學就再也無法描述之前發生的事情了,於是奇點就出現了。也許在不久的將來,科學家會找到一種新的理論,能夠完美地解決目前的困境,到那個時候,這個奇點自然也就不存在了。

最新評論
  • 1 #

    假如大爆炸理論是成立的,那麼奇點之外的空間呢?難道不是宇宙?所以,宇宙大爆炸理論自相矛盾了。

  • 2 #

    全宇宙的物質 塌縮到火柴頭 大小。而品質無窮大, 物極必反就爆炸了!

  • 3 #

    都是在塑造一個假設的孫悟空,但實際上孫悟空並不存在。

  • 4 #

    人類沒事就喜歡瞎猜

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