大爆炸並不是宇宙的開始,故事應該是這樣子!
這是一個和童話故事一樣熟悉的故事:在很久很久以前,宇宙開始於一個無限小的密集點,叫做奇點。然後,突然,砰!在萬億分之一秒內,它以比光速更快的速度膨脹,形成了我們今天所知的宇宙。事實證明,人們對這個宇宙起源故事的普遍理解並不完全準確,科學家們已經知道這一點幾十年了。可能並不存在奇點,宇宙大爆炸後的膨脹與之前的膨脹相比,是以蝸牛般的速度發生的,是的大爆炸並不是宇宙的開始。
大爆炸有問題嗎?讓我們去看下下面的挑戰!這並不是對大爆炸理論的不尊重,它有大量的科學證據支援,而且幾乎肯定發生了。這一想法,通常歸功於埃德溫哈勃望遠鏡,但實際上是由一位牧師和天文學家喬治斯提出的。在20世紀20年代,當時科學家們認識到最遠的星系離我們最近的速度離我們最近。這表明,不是星系在運動,而是宇宙在膨脹。
如果它在膨脹,那麼它過去一定會會更小;如果宇宙在膨脹,光也一定在膨脹。事實上,這些遙遠的星系是紅移的,這意味著它們的光波長已經伸展出來,朝向電磁光譜的紅色、低能端延伸。但這也意味著,在過去所有的東西都有更高的能量,這意味著一件事:宇宙的開始是難以置信的熱。因為太熱而無法形成原子,我們也可以在構成宇宙微波背景的微弱、超拉伸的剩餘輻射中看到這一點的證據。
在這個過程中,我們有許多其他的證據,我們重新創造了組成早期宇宙的稠密等離子體湯,我們知道湯應該凝聚成什麼樣的粒子,這恰好是我們今天在宇宙中看到的粒子的確切比例。我們甚至發現了一個黑洞,它圍繞著所有的物體冷卻下來,讓光自由地流過宇宙,一切都吻合。
只是有些令人沮喪的片段似乎不適合這個謎題。首先,來自宇宙微波背景的證據表明宇宙是平的,儘管大爆炸預言宇宙很可能是彎曲的。還有一個事實是,宇宙中的一切似乎都是相同的溫度,儘管宇宙的某些部分相距如此之遠,宇宙的年齡如此之小,以至於這些部分幾乎沒有機會彼此接觸以平衡它們的熱量。最後,奇點大爆炸的暴力本應產生超高能粒子磁單極子,但到目前為止,這些都是找不到的。
但如果宇宙不是從奇點中出現的,那到底發生了什麼?根據另一種稱為膨脹的理論,我們所知的宇宙是由宇宙虛無中的波動而產生的。膨脹理論依賴於所謂的真空能,即使沒有輻射或輻射存在,正如宇宙膨脹理論預言的那樣,在大爆炸之前,空間的真空仍然是充滿能量的,這是由於量子粒子不斷閃現而不存在。這種能量使宇宙以指數級的速度膨脹,在幾秒鐘內膨脹了1026倍。
隨著它的膨脹,真空能量的波動使空間結構變得不均勻,出現了一些能量密度略高於或略低於平均值的隨機點。最終,所有的能量都衰變成物質和輻射,存在於由大爆炸預測的超熱、仍在膨脹的狀態中。這就解決了大爆炸理論的許多問題。宇宙膨脹預示著一個扁平的宇宙,而它發生的速度允許所有的東西都以相同的溫度結束,因為宇宙中的每一點都有可能曾經接觸過。
宇宙膨脹還表明,單極磁在膨脹之前可能已經存在,但之後它們的密度將下降到無法檢測的水平。另外,真空能量密度的漲落很好地解釋了恆星、星系和星系團是如何形成的。如果不是因為這些隨機的額外能量,人類就永遠不會存在。如果你對大爆炸的認識是從一個奇點開始的,那麼也許是時候修正那個古老的寓言了。
如果你對大爆炸的認識是從一個奇點開始的,那麼也許是時候修正那個古老的寓言了。在這裡,故事將變成這樣:很久很久以前,在物質或輻射存在之前,束縛在空間結構中的能量使得一切在不到一眨眼的時間內膨脹了一兆萬億倍。很快,能量轉化為物質和輻射,最終合併成恆星和星系剩下的就是歷史了。