破解:奇點之前是什麼!至小奇點如何包涵浩渺宇宙!

2019-05-04   科學的奧秘

宇宙大爆炸理論認為我們的宇宙誕生於一個體積無限小,密度和質量無限大的奇點的爆炸。但一個體積無限小,密度和質量無限大的奇點怎麼可能生成我們宇宙中如此巨量的物質呢?這是大多數人對奇點爆炸理論的首先疑問。

其次這個奇異點在爆炸之前究竟是怎樣一種存在,又為何爆炸?這是大家對奇點爆炸論的第二個疑問。

對於以上兩個疑問,很多理論的解釋,大都是含糊其詞,模稜兩可。只說是奇點之前一切皆無,奇點之後時空誕生,現有物理定律在抽象無比的奇點面前全部失效。對其它細節卻無法說明,從而令人對奇點爆炸理論難以信服。

然而近幾十年量子力學的新發展,以及在此基礎上衍生出的超弦理論卻可以從全新的角度來描述奇點的存在和奇點之前的宇宙狀態。

弦理論認為大爆炸前的奇點處於一個由10+1維空間和時間構成的原始空間之中(注意這裡的時空和我們宇宙的時空完全不在一個物理等級上,下面會有解釋),在這個空間之中量子漲落不斷發生(按量子漲落理論解釋),各種類型的奇點不斷漲起(即爆炸,呈量子激發態),然後再歸於虛無,也就是落下。

對於原始空間來講,奇點(原始空間量子)的漲起和落下的過程是很短暫的,幾乎連1秒都不到。但對於爆炸漲起的奇點內部來說,時間則是無限的長。就比如對於奇點爆炸誕生的宇宙中的我們來說,宇宙爆炸至今已過了137億年,但對原始空間來說,時間則過了一點點而已。

這就類似於時間的相對論效應,時空環境的不同,時間的流速是完全不一樣的。比如你在黑洞超引力範圍內度過了很短時間,而地球上卻已過了千萬年。

時間的相對性還體現在微量時間的劃分(詳細可參考本號"時間是相對的!短短一秒換個尺度會接近永恆!″一文)。

我們知道人類常用的時間最小單位是秒,而人類目前科技能測量的最短時間尺度是"阿托秒″,1阿托秒等於10的負18次方秒。如果我們把宇宙年齡137億年換算成秒就是60X60Ⅹ24X365X137億,約等於4.35的18次方秒。

那麼1秒等於10的18次方阿托秒,假如把1阿托秒比作人類世界的1秒,那我們生活中短短的1秒鐘時間就相當於2.3個現有宇宙年齡,也就是317億年。

因此時間是相對的,原始空間中短短的1秒或許就是我們宇宙的永恆。

而原始空間的一個量子奇點爆炸怎麼會產生我們宇宙中如此多的物質呢?其實這個問題我們要從我們宇宙物質的形成結構去理解。弦理論認為宇宙中的任何物質都是由振動的能量閉弦或開弦組成,弦的不同組合構成粒子,不同的粒子形成原子。原子組成分子進而構成我們整個物質世界。

而這裡就涉及到對弦的理解,弦理論的"弦″只是指振動的"點能量″。所謂閉弦是指振動的曲線為圓形;開弦指振動的曲線為半圓形。這個"點能量″是一維的,沒有體積也沒有大小。因此我們這個物質世界實質是由無體積無大小的能量弦組成,把宇宙中所有的能量弦集合在一起,它就是體積無限小,密度和質量無限大的能量奇點。

所以對宇宙大爆炸奇點的理解,我們不能局限於對物質構成的經驗性認識。尤其是時間和物質密度這些概念往往會超出我們常規理解的範疇。然而不管怎樣,任何事物的存在都應該有它產生和發展的機理,包括宇宙大爆炸的奇點。