上學(xué)時我們都學(xué)會能量守恒定律,告訴我們能量不會憑空消失,當(dāng)然也不能憑空出現(xiàn),只會從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。但是,當(dāng)“能量守恒定律”遇到宇宙起源這個問題時,似乎就行不通了。
主流科學(xué)界認(rèn)為,我們的宇宙起源于宇宙大爆炸,一個體積無限小的奇點突然急劇膨脹,迸發(fā)出幾乎無限的能量。那么,如此超級能量到底是怎么來的呢?
其實,關(guān)于宇宙起源的問題,無論你給出什么答案,最終都不可能讓人滿意,在邏輯上也是很難自洽的。比如說,宇宙誕生于138億年前的奇點,那么這個奇點是怎么來的?
你可能會說奇點是A產(chǎn)生的,那么A是怎么來的?你還可以說是B產(chǎn)生的,但是B又是怎么來的......
你會發(fā)現(xiàn),這種思考問題的方式最終一定會走進(jìn)死胡同!
那么,科學(xué)上是如何解釋的呢?
以現(xiàn)有的物理定律來看,科學(xué)只能解釋宇宙大爆炸之后的事情,具體來講,科學(xué)也只能解釋宇宙大爆炸發(fā)生一個普朗克時間之后的事情,科學(xué)并不負(fù)責(zé)解釋之前到底發(fā)生了什么。
這到底是為什么呢?
因為普朗克時間是有意義的最小時間單位,小于普朗克時間就沒有任何意義了。因此我們對宇宙的認(rèn)知也只能從宇宙大爆炸發(fā)生一個普朗克時間之后開始,之前的“事件”對于我們來講是沒有意義的。
普朗克時間非常短,只有大約10的負(fù)44次方秒,這么短暫的時間不要說去感受了,連想象都很難。我們可以打個比方,假說說普朗克時間是一秒,那么0.5秒對于我們來講就是沒有意義的,科學(xué)家們也只能研究一秒之后的事情。
普朗克時間等于普朗克長度除以光速,而普朗克長度與引力常數(shù),普朗克常數(shù)和光速有關(guān)。
宇宙大爆炸理論中的奇點,更多的只是數(shù)學(xué)概念。在物理學(xué)上,奇點其實就是所有物理定律都失效的“點”。
但是,以上解釋看起來確實很“霸道”,直接無視了最關(guān)鍵的問題:奇點的由來,直接把對奇點的解釋視為無意義的事情。很顯然,這樣的解釋很多人肯定不買賬。
好在量子力學(xué)橫空出世,讓我們對宇宙起源問題有了更深的認(rèn)知。這里強調(diào)一點,量子力學(xué)本身就是違反常識的,非常詭異的,很多量子力學(xué)現(xiàn)象并不能用傳統(tǒng)的經(jīng)典力學(xué)去理解。
量子力學(xué)認(rèn)為,在足夠強大的引力作用下,比如說黑洞的引力,物質(zhì)會在強引力作用下一直向內(nèi)坍縮,最終很有可能“坍縮”到另一個維度,比如說高維度。但是高維度到底是什么樣的,真的存在嗎?目前高維度的概念更多的體現(xiàn)在數(shù)學(xué)概念上,科學(xué)家們并不知道高維度是否真的存在。
而宇宙大爆炸瞬間的奇點可能就是高維度的產(chǎn)物。具體是怎么回事呢?
按照量子力學(xué)的詮釋,真空中會隨機(jī)上演量子起伏(量子漲落),也叫量子泡沫,來自高維度超時空的量子泡沫會不斷隨機(jī)出現(xiàn),當(dāng)然也有可能出現(xiàn)在我們的宇宙。
這是什么意思呢?簡單講就是,能量仍舊是守恒的,只不過我們宇宙憑空出現(xiàn)的能量,其實是不同維度的能量交換而已。
那么,量子起伏到底是什么呢?
是一種真空中不斷衍生出來的能量,這種能量也被稱作“真空零點能”。按照量子力力學(xué)的不確定性詮釋,在某一瞬間,真空中會隨機(jī)衍生出虛粒子對,然后瞬間湮滅消失,整個過程持續(xù)的時間非常短。
也就是說,真空中會不斷上演虛粒子對,也就是能量的衍生和湮滅。虛粒子對會通過“賒借”能量的方式衍生出來,然后瞬間消失,歸還能量。只要整個過程時間持續(xù)得足夠短,大自然并不反對這種事情發(fā)生。
這就好像你手頭緊時向親戚朋友借錢,只要你還錢的速度足夠快,就一直能借到錢。
而量子力學(xué)的不確定性還有著更深刻的含義,在足夠短的一瞬間,任何事情都可能發(fā)生,而且只要時間足夠長,在足夠長時間的某一瞬間,可以發(fā)生任何事情,甚至任何完全顛覆我們認(rèn)知的事情。
說白了,在足夠長的時間里,任何事情都會發(fā)生,而且一定會發(fā)生。
這就意味著,只要時間足夠長,在某個瞬間,憑空衍生出來的虛粒子對最終沒有湮滅,或許說并不會瞬間湮滅,而是在相當(dāng)長的時間之后才會湮滅。這樣的粒子最終會成為實體粒子,也就是正反粒子,也就是能量,而這種能量就是我們宇宙誕生的基礎(chǔ)。
當(dāng)然,一般情況下,通過量子漲落衍生出來的虛粒子對,即便真的能保留下來,這種能量也是十分微小的。但按照量子力學(xué)的不確定性原理,只要時間足夠短,能量就可以足夠大。于是在某個足夠短的時間里,會出現(xiàn)一個極大的量子漲落,衍生出極大的能量,這就是奇點的由來。
說白了,我們的宇宙很可能就是一次極大的量子漲落。當(dāng)然這種事情發(fā)生的概率非常低,而且需要相當(dāng)長的時間才有可能出現(xiàn)。但在宇宙誕生之前,是沒有時間概念的,這意味著我們認(rèn)為的無限長時間對于量子漲落這種事來講,可能只是一瞬間。
由于量子漲落是隨機(jī)的,這意味著里既然量子漲落可以形成我們的宇宙,也一定會漲落出更多的其他宇宙,所謂的平行宇宙。
這并不違反量子力學(xué),恰恰也是量子力學(xué)不確定性的直接體現(xiàn)。可能你會覺得不可思議,完全不相信這種事情會發(fā)生。但正如一開始我所講的,量子力學(xué)本來就是顛覆我們傳統(tǒng)認(rèn)知的理論,我們當(dāng)然不能用傳統(tǒng)眼光去衡量量子力學(xué)。
而基礎(chǔ)量子力學(xué)發(fā)展出來的量子場論,與上述觀點不謀而合,同時更具體地向我們詮釋了宇宙中的基本粒子是如何形成的。
按照量子場論的詮釋,絕對的真空是不存在的,真空中都充滿了最基本的場,處于基態(tài)的場,這些場擁有最低的能量。
按照不確定性詮釋,處于基態(tài)的場總是會受到擾動成為激發(fā)態(tài)。打個比方可以這樣理解基態(tài)場和激發(fā)態(tài)的場。基態(tài)場就像是平靜的大海,而激發(fā)態(tài)的場就像是洶涌澎湃的大海,而基本粒子就是洶涌澎湃的大海濺起的小水珠。
而基態(tài)的場受到激發(fā)的過程也可以理解為量子漲落的過程,可以漲落出各種基本粒子。與場的種類有關(guān),比如說電子場受到激發(fā)可以形成電子,希格斯場受到激發(fā)形成希格斯粒子,電磁場受到激發(fā)形成光子。
由于場本質(zhì)來講就是能量,只不過是相當(dāng)離散的能量,而受到激發(fā)的場形成的基本粒子其實就是“能量包”。也就是說,宇宙的本質(zhì)其實是能量。
看到這里,或許你應(yīng)該明白宇宙到底是怎么來的。當(dāng)然量子力學(xué)和量子場論的詮釋并不見得一定正確,但起碼給了我們很多深層的思考。
當(dāng)然,正如我一開始所講,任何問題都不可能找到最終的“源頭”,量子場論也是如此,它并沒有詮釋一開始的基態(tài)場到底是怎么來的,為什么一定要存在?
這或許已經(jīng)不是科學(xué)能解釋的問題了,又或許我們思考問題的固有模式從一開始就是錯的。在我們的固有思維里,凡事必有因,所以我們總是不由自主地強迫自己思考任何事情的起因。
但換一種思維方式:為什么凡事必有因呢?大自然未必要求任何事情一定有原因,只是人類自己制定的大自然法則要求“凡事必有因”而已。
當(dāng)然,你也可以用哲學(xué)來詮釋宇宙一開始一定要存在某些東西。從哲學(xué)思想來講,任何事物都是相對的,都必須有對立面的存在,才能凸顯出自己。
比如說多與少,好與壞。那么,“無”這種狀態(tài)勢必也需要“有”的存在才能凸顯出來。也就是說,“無”和“有”必須同時存在。假設(shè)只有“無”,這種“無”也毫無意義,因為沒有“有”的存在,你就無法定義“無”!
完!
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