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宇宙的起源

2018-03-16 16:32:40王波
科學(xué)與財(cái)富 2018年2期
關(guān)鍵詞:奇點(diǎn)原子宇宙

摘 要:宇宙自誕生以來,很多科學(xué)家試圖尋找到宇宙和生命的起源。但因?yàn)榉N種原因,不論是過去還是現(xiàn)在,關(guān)于宇宙學(xué)的理論始終無法解決所有的問題,但這并不能阻止人們通過不同角度對于宇宙的探索。奇點(diǎn)爆炸理論從提出至今已經(jīng)度過了很多時(shí)間,而針對奇點(diǎn)爆炸理論的觀點(diǎn)也在不斷地完善,多個(gè)奇點(diǎn)爆炸理論即是其中之一。

關(guān)鍵詞:宇宙;奇點(diǎn);原子;相對論;

宇宙的誕生一直是個(gè)謎團(tuán),很多人試圖找到這個(gè)問題的終極答案,然而卻非常困難。由勒梅特、伽莫夫、哈珀等人提出的大爆炸宇宙論做出這樣的假設(shè):宇宙是在距今137億年前的一個(gè)奇點(diǎn)產(chǎn)生的大爆炸后不斷膨脹形成的。對這個(gè)奇點(diǎn)的概括一般是無限小、無限密度和熱量,卻又充滿能量。

這個(gè)理論一經(jīng)提出,就改寫了天文學(xué)歷史。在最初的時(shí)候,該理論并不被人們接受和認(rèn)可,甚至連愛因斯坦也提出質(zhì)疑。因?yàn)?,?dāng)時(shí)的西方普遍認(rèn)為宇宙是上帝創(chuàng)造的。但是,隨著哈勃觀測到了紅移現(xiàn)象,星系的紅移量與星系間的距離成正比,這個(gè)規(guī)律被稱作哈勃定律。哈勃定律證實(shí)了所有遠(yuǎn)處的星系都在迅速地離我們遠(yuǎn)去,這個(gè)具有里程碑的發(fā)現(xiàn),為大爆炸理論衍生出的宇宙膨脹觀點(diǎn)提供了支撐。

一、奇點(diǎn)爆炸之前的宇宙

我們暫且認(rèn)為大爆炸理論是完全正確的,那么大爆炸之前的宇宙是什么樣的呢?似乎沒有人能很好地回答這個(gè)問題。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論,時(shí)間和空間被統(tǒng)一為時(shí)空,在奇點(diǎn)大爆炸之前是沒有時(shí)間和空間的。而奇點(diǎn)大爆炸后,也宣布了四維時(shí)空的誕生,時(shí)間作為其中的一個(gè)維度開始成立。之后的很長時(shí)間里,宇宙經(jīng)過不斷地演化,形成了如今的模樣。

舉幾個(gè)簡單的例子:大爆炸后,宇宙開始膨脹,所有奇點(diǎn)中的物質(zhì)開始被爆炸產(chǎn)生的力量揮發(fā)出去,這是一種原始力。如果沒有阻力的話,遠(yuǎn)處的星系會(huì)一直離我們而去,直到觸碰到宇宙的邊緣再回來。而奇點(diǎn)中的物質(zhì)會(huì)在四散的同時(shí),結(jié)合起來,形成了目前所知的119種化學(xué)元素。這些元素不斷融合,比如在引力的作用下聚合在一起,形成了星系。而在星系中,因?yàn)轭愃频淖饔昧κ惯@些物質(zhì)不斷融合,遂形成了星球。如地球的化學(xué)組成為:鐵34.6% ,氧29.5% ,硅15.2% ,鎂12.7% ,鎳2.4% ,硫1.9% ,0.05%鈦。月球的化學(xué)組成為:鈾、釷、鉀、氧、硅、鎂、鐵、鈦、鈣、鋁 及氫。

這些星球根據(jù)自身的條件,形成了獨(dú)特的環(huán)境。如地球的大氣、溫度、海洋等,因?yàn)榈厍颦h(huán)境適宜,才逐漸誕生了生命;而反觀木星,則是一個(gè)液態(tài)氫星球,表面有著巨大的漩渦氣流,這是因?yàn)槟拘窃谛纬芍蹙鸵驗(yàn)樵鼗ハ嗳诤献兂闪诉@樣,所以它不適合生命形成。

綜合看來,星系、星球的形成都與奇點(diǎn)大爆炸有關(guān)系。試想,如果沒有奇點(diǎn)大爆炸,就有可能不會(huì)存在星系、星球,也就沒有了人類。那么回到最初,奇點(diǎn)大爆炸之前的宇宙是什么樣的呢?

1915年,愛因斯坦根據(jù)他的相對論得出推論:宇宙的形狀取決于宇宙質(zhì)量的多少。他認(rèn)為:宇宙是有限封閉的。如果是這樣,宇宙中物質(zhì)的平均密度必須達(dá)到每立方厘米5×10的負(fù)30次方克。但是,迄今可觀測到的宇宙的密度,卻比這個(gè)值小100倍。也就是說,宇宙中的大多數(shù)物質(zhì)不見了,這些不見的就是暗物質(zhì)。

根據(jù)愛因斯坦的計(jì)算,宇宙中普遍存在暗物質(zhì)。我想,奇點(diǎn)大爆炸之前宇宙,很可能是一個(gè)看上去靜止的宇宙,也就是說,那時(shí)的宇宙幾乎全部由暗物質(zhì)組成。這些暗物質(zhì)可能是物理學(xué)中的基本粒子,比如目前所知的最小粒子夸克。而物質(zhì)的組成則是原子,原子由原子核和電子構(gòu)成,原子核由一定數(shù)量的質(zhì)子和中子構(gòu)成,而質(zhì)子和中子由更小的夸克構(gòu)成。

二、原子世界

大多數(shù)科學(xué)家能夠接受的元素起源的假設(shè)是:“質(zhì)子聚變和中子俘獲是宇宙中形成化學(xué)元素的兩個(gè)主要過程?!边@種假設(shè)認(rèn)為,宇宙中所有元素都起源于氫,它在非常高的溫度下,發(fā)生聚變反應(yīng),形成較重的原子核,首先是氦,其次是輕元素(鋰、硼、鈹?shù)龋@一過程是質(zhì)子聚變。氦原子轟擊輕元素的原子,就會(huì)產(chǎn)生中子,這些中子被輕元素的原子核俘獲,就形成較重的元素,從碳、氮、鐵一直到原子序數(shù)為82和83的鉛和鉍,這一過程是中子俘獲。

如果夸克不能再分,那么這個(gè)世界中所有的物質(zhì)都是由原子和原子中的夸克構(gòu)成。這樣的話,暗物質(zhì)中肯定也存在無數(shù)原子,亦可能存在其他種類的未知的東西。那么,在宇宙真空中,如果這些原子互相作用的話,是否能夠形成奇點(diǎn)?因?yàn)槠纥c(diǎn)無限小,無限密度,在真空中不同原子互相融合作用,是否是奇點(diǎn)形成的原因?比如歐洲的大型強(qiáng)子對撞機(jī)在進(jìn)行工作的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子。又比如,太陽就是依靠核聚變來提供能量,那么奇點(diǎn)中原子互相作用,肯定會(huì)產(chǎn)生氘元素,氘元素進(jìn)行核聚變就釋放了大量的能量。因此,奇點(diǎn)產(chǎn)生的原因可能是指宇宙真空中普遍存在的暗物質(zhì)與原子進(jìn)行結(jié)合的產(chǎn)物,而奇點(diǎn)大爆炸則使宇宙開始膨脹開來。那么,按照這個(gè)設(shè)想來說,宇宙中是否存在多個(gè)奇點(diǎn)進(jìn)行了爆炸的情況呢?如果多個(gè)奇點(diǎn)進(jìn)行了爆炸,那么不同的物質(zhì)向不同的方向紅移,這些物質(zhì)互相結(jié)合(如星際塵埃),是否更加容易形成星系和星球呢?

在同一個(gè)星系中,如銀河系的九大行星,它們圍繞著太陽旋轉(zhuǎn),運(yùn)行在各自的軌道,因?yàn)樘柕馁|(zhì)量足夠大,引力足夠強(qiáng),所以保證了太陽系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而銀河系為什么與仙女系大概在預(yù)計(jì)在30億年后碰撞,這是為什么呢?難道是因?yàn)閮烧叩囊ハ辔龁幔窟@固然是一個(gè)思路,但是否會(huì)有另一種情況?銀河系和仙女系是由兩個(gè)不同位置的奇點(diǎn)爆發(fā)形成的,它們被原始力甩開了,向著不同的方向前進(jìn),經(jīng)歷了很長的時(shí)間,逐漸碰撞到了一起,這會(huì)形成一個(gè)新的星系。如果按照這個(gè)理論來說,多個(gè)奇點(diǎn)爆炸是有可能存在的!至于奇點(diǎn)里的粒子如何作用,可以參考弦理論,也許粒子的不用震動(dòng)頻率和運(yùn)動(dòng)就能產(chǎn)生奇特的效果。

三、多個(gè)奇點(diǎn)

所有的問題的難點(diǎn)在哪里?奇點(diǎn)大爆炸需要一定質(zhì)量和數(shù)量的基本粒子,這些基本粒子相互作用才能生成元素周期表中的119種元素,這些元素會(huì)組成不同的物質(zhì)!那么,最初奇點(diǎn)需要的基本粒子從哪里來?又是什么原因使它們聚集在一起的呢?我有個(gè)設(shè)想:基本粒子存在于所有真空或者非真空的環(huán)境中,形象點(diǎn)就是我們的四周都存在無數(shù)基本粒子,這些粒子從宇宙的空間中抽取出來,作為了奇點(diǎn)的原料,開始了造物運(yùn)動(dòng)。至于如何抽取的,可以參考弦理論。

如果按照這種理論:那么奇點(diǎn)大爆炸會(huì)隨時(shí)誕生,從而產(chǎn)生多個(gè)膨脹的宇宙,也就是平行宇宙。如果每個(gè)奇點(diǎn)爆炸,產(chǎn)生一個(gè)宇宙,開啟這個(gè)宇宙的時(shí)間和空間;那么數(shù)個(gè)奇點(diǎn)爆炸,就會(huì)產(chǎn)生數(shù)個(gè)宇宙,它們會(huì)在不同的時(shí)候開啟自己的時(shí)間和空間。而所謂的平行宇宙交互,則是星系碰撞,如銀河系和仙女系。假設(shè),銀河系的年齡是50億年,而仙女系的年齡是80億年,銀河系移動(dòng)到了從A坐標(biāo)移動(dòng)到了C坐標(biāo),而仙女系從B坐標(biāo)移動(dòng)到了C坐標(biāo),直到它們發(fā)生碰撞!

因此,愛因斯坦的廣義相對論是沒有錯(cuò)誤的,不同奇點(diǎn)誕生的不同宇宙,開啟了不同的四維時(shí)空,而時(shí)空也是可以像海綿般彎曲的。比如,從銀河系的某個(gè)蟲洞進(jìn)入,可能就會(huì)抵達(dá)仙女系的某個(gè)星球。

縱觀整個(gè)宇宙發(fā)展歷史,可以說完全遵守了能量守恒。因?yàn)?,宇宙自身就是在不同地進(jìn)化,依靠A奇點(diǎn)、B奇點(diǎn)從真空中抽取到的基本粒子,不斷地形成不同的星系、恒星、行星、中子星、超新星等。而在適宜的星球上,因?yàn)榄h(huán)境允許,自然會(huì)在原始湯中形成生命,畢竟生命也是原子組成的。比如,人類需要補(bǔ)充鈣元素、鐵元素等。那么按照這種說法,宇宙中的所有物體,包括人類、動(dòng)物,其實(shí)都是這些基本粒子的組成部分。是的,每個(gè)人都是宇宙的一部分。

作者簡介:

王波(1989-),原名王小兵,男,甘肅省張掖市人,中國管理軟件學(xué)院,計(jì)算機(jī)學(xué)士,研究方向:計(jì)算機(jī)編程,宇宙學(xué)。曾出版《Java架構(gòu)師指南》、《jQueryEasyUI開發(fā)指南》、《碎裂》、《北上廣漂流》.

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