宇宙大爆炸前的奇点到底有多大?

选择字号:   本文共阅读 1083 次 更新时间:2017-09-26 17:55:23

进入专题: 宇宙大爆炸  

浩瀚宇宙公众号  

  

   宇宙大爆炸理论认为,如今无边无际的宇宙是由一个体积无限小,密度无限大的奇点爆发而来,那么这个奇点到底有多大,或者说到底有多小呢,没有人给出准确答案。但不少发贴子的网友给出了各种各样形象的比喻,大致有这样几种说法:无中生有、极小极小接近于0、可以放入手掌中、一个不大的能量球等等。

   前面两种说法有点谱,后面两种说法就离谱了,这是根本没看过奇点理论常识的人,根本不具备参与讨论资格。

   宇宙大爆炸理论虽然有争议,且近年来越来越多,但目前还是主流科学界认可的理论,因为这个理论比较精确的解释了宇宙现状。所以,我们就用这个理论来普及一下奇点知识。

   早在1929年,埃德温。哈勃作出了一个具有里程碑意义的发现,即不管你往哪个方向看,远处的星系正急速地远离我们而去。换言之,宇宙正在不断膨胀。这意味着,在早先星体相互之间更加靠近。事实上,似乎在大约100亿至200亿年之前的某一时刻,它们刚好在同一地方,所以哈勃的发现暗示存在一个叫做大爆炸的时刻,当时宇宙无限紧密。

   1950年前后,伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点,然后向四周的空气传播开去的那种爆炸,而是一种在各处同时发生,从一开时就充满整个空间的那种爆炸,爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙,或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。

   根据大爆炸宇宙论,甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体,温度极高,密度极大,且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志,因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低,使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。

  

   从1948年伽莫夫建立热大爆炸的观念以来,通过几十年的努力,宇宙学家们为我们勾画出这样一部宇宙历史:

   大爆炸开始时150-200亿年前,极小体积,极高密度,极高温度。

   大爆炸后10-43(10的负43次方秒,后同)方秒宇宙从量子背景出现。

   大爆炸后10-35秒同一场分解为强力、电弱力和引力。

   大爆炸后10-5秒10万亿度,质子和中子形成。

   大爆炸后0.01秒1000亿度,光子、电子、中微子为主,质子中子仅占10亿分之一,热平衡态,体系急剧膨胀,温度和密度不断下降。

   大爆炸后0.1秒后300亿度,中子质子比从1.0下降到0.61.大爆炸后1秒后100亿度,中微子向外逃逸,正负电子湮没反应出现,核力尚不足束缚中子和质子。

   大爆炸后13.8秒后30亿度,氘、氦类稳定原子核(化学元素)形成。

   大爆炸后35分钟后3亿度,核过程停止,尚不能形成中性原子。

   大爆炸后30万年后3000度,化学结合作用使中性原子形成,宇宙主要成分为气态物质,并逐步在自引力作用下凝聚成密度较高的气体云块,直至恒星和恒星系统。

   爱因斯坦的广义相对论是用于描述宇宙演化的正确的理论。在经典广义相对论的框架里,霍金和彭罗斯证明了,在很一般的条件下,空间-时间一定存在奇点,最著名的奇点即是黑洞里的奇点以及宇宙大爆炸处的奇点。在奇点处,所有定律以及可预见性都失效。奇点可以看成空间时间的边缘或边界。只有给定了奇点处的边界条件,才能由爱因斯坦方程得到宇宙的演化。

   空间——时间的具有无限曲率的一点。空间——时间,在该处开始、在该处完结。爱因斯坦说,时间和空间是人们认识的错觉。时间是因为宇宙万事万物的变化,让人们产生了时间的概念。在奇点处,随着宇宙的诞生,开始有了变化,是宇宙的开始。

   经典广义相对论预言存在奇点,但由于现有理论在该处失效,也就是说不能用定量分析的方法来描述在奇点处有些什么。我们可以想象,奇点是一种无形的、无限小的、很奇妙的存在。它还不是宇宙,却是我们宇宙的初始和出处。作为一个世界的发生之初,它应该具有所有形成宇宙中所有物质的势能,而这种势能----正是我们所言的能量,我们可以想象,能量是一种无形的东西的,所以奇点是无形的。也就是说宇宙的奇点所具有的势能是无形的,它只是一种很奇妙的存在而已.同时我们还可以想象,在某一点上宇宙奇点的这一势能平衡被打破,于是乎能量便不断转换为物质,而经过若干年而形成了我们的宇宙---物质与能量的共生体。然而我们不能想象的出的是什么东西引发了这一奇点势能平衡的被破坏.奇点是没有大小的“几何点”,就是不实际存在的点。

   所以,奇点只是存在于理论中,用现代方法是根本无法描述的,是无形的,我们只能说宇宙生成于一个奇妙的奇点。

  

本文转自网络

  

    进入专题: 宇宙大爆炸  

本文责编:liwei
发信站:爱思想(http://www.aisixiang.com),栏目:天益笔会 > 科学精神 > 科学评论
本文链接:http://www.aisixiang.com/data/106222.html
文章来源:浩瀚宇宙公众号

1 推荐

在方框中输入电子邮件地址,多个邮件之间用半角逗号(,)分隔。

爱思想(aisixiang.com)网站为公益纯学术网站,旨在推动学术繁荣、塑造社会精神。
凡本网首发及经作者授权但非首发的所有作品,版权归作者本人所有。网络转载请注明作者、出处并保持完整,纸媒转载请经本网或作者本人书面授权。
凡本网注明“来源:XXX(非爱思想网)”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于分享信息、助推思想传播,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。若作者或版权人不愿被使用,请来函指出,本网即予改正。
Powered by aisixiang.com Copyright © 2022 by aisixiang.com All Rights Reserved 爱思想 京ICP备12007865号-1 京公网安备11010602120014号.
工业和信息化部备案管理系统