韦德体育注册体育真人 解读宇宙大爆炸理论，大爆炸最初3分钟到底发生了什么？

自古以来，人类就对宇宙的诞生地充满好奇。这个问题跨越文化和时间的鸿沟，既激发了古人的想象，也让当代的宇宙学家深思熟虑。

人们总是在思考：为何宇宙会存在？它如何从始至终演变为我们眼前的景象？目前，被广泛接受的宇宙形成理论指出，宇宙在诞生之初经历了极端的条件——巨大的能量、极高的温度和极大的密度。根据理论，我们的宇宙起源于大约138亿年前的大爆炸。真的是这样吗？

宇宙大爆炸理论的起源，是在爱因斯坦发表广义相对论十五年后的事。弗里德曼揭示了宇宙从一个极端压缩的状态爆炸而出，并且至今仍在膨胀中。五年后，哈勃望远镜通过观测几十个星系，证实了宇宙的膨胀仍在继续。

让我们来简单回顾一下大爆炸理论的过程：

在大爆炸后的10的负43次方秒，普朗克时代到来，宇宙的三维空间开始形成，而其他维度则保持在普朗克尺度内。

随后，宇宙膨胀并冷却，在大约十万分之一秒后，夸克团簇形成，质子和中子诞生。

在百分之一秒之后，一些最轻的元素核心在冷却的宇宙粒子海洋中凝结出来。

在接下来的3分钟内，宇宙逐渐冷却至10亿开尔文，出现了最多的核，主要是氢和氦，以及少量的锂。这就是所谓的原初核合成时期。

接下来几十万年，宇宙平静地继续膨胀、温度继续下降。当温度降至数千开尔文时，电子慢慢与原子核结合，形成电中性的原子。这一刻，宇宙变得透明。宇宙充满了带电的等离子体，这些带电的粒子互相作用，通过碰撞和吸收，宇宙开始从混沌变得透明。

约10亿年之后，宇宙从沸腾的爆炸状态逐渐平息，星系、恒星和行星开始在原初元素的引力作用下形成。

在大爆炸发生后的138亿年，我们来到这个世界，惊叹于宇宙的壮丽，同时也惊讶于我们如何能够建立起一个合理且经得起实验检验的宇宙起源理论。

尽管大爆炸理论看似严密，但仍然存在一些待解决的问题。例如，为什么宇宙各处的温度都是均匀的，相隔如此遥远的区域没有实现能量传递和交换，以至于它们如何达到相同的温度。物理学家把这个问题称为视界问题。视界问题的核心在于，为了让宇宙中的任意两个遥远区域接近，我们必须回到时间的起点。而且，物理学家发现，现在宇宙正在经历暴胀，形成了暴胀的宇宙学模型。

暴胀宇宙是一种更新版的大爆炸理论，它认为宇宙在非常年幼的时候，经历了一个暴胀阶段。不同位置的温度原本应该有所不同，但如果我们只考虑初期宇宙极小的区域，那么这个小区域可以被认为具有均匀的温度。在它来不及变得不均匀的一瞬间，这个小区域如果急剧膨胀成更大的宇宙，那么宇宙的温度自然也就基本均匀。这样看来，从宇宙的各个方向观测到的背景辐射的温度基本一致，也就不足为奇了。

不管是传统的大爆炸理论还是暴胀宇宙理论，我们都无法解释一切究竟是如何开始的，也无法确认我们的宇宙学理论是否合理。关于弦理论和M理论，我们的认知还非常浅显，无法确定一个“万能”的理论，也无法确定它自己的宇宙学起始条件。

因此，我们无法将它提升到物理学定律的高度。我们将继续探索宇宙的终极理论。我们的宇宙可能只是浩瀚天空中的一小部分，是汪洋大海中的一个宇宙岛。因此，也有科学家提出了多重宇宙的概念，虽然这个假设至少让我们更平静，不再总是试图解释我们的宇宙为何是如此这般。更激进的想法来自于宾夕法尼亚州立大学的斯莫林，他认为每个黑洞都是新宇宙的种子，新宇宙从中爆发，但永远隐藏在黑洞视界背后。

不管怎样，通过超弦理论的发展，引力的量子理论给我们带来了信心和希望，我们相信，历经重重困难，我们将带着对一些最深刻问题的答案重新出现。

宇宙的统一理论真的存在吗？

百年后，超弦理论，或者说M理论将发展成什么样子，我们尚不得而知。也许在未来，我们会发现超弦理论只是我们漫长旅程的第一步。我们还将遇到更多从未见过的思想和概念。

我们曾提到，第二次超弦革命给整个物理学界带来了巨大的震撼。但许多弦理论家认为，我们还需要经历第三次、第四次这样的理论革命，才能真正释放弦理论的力量，确立其作为终极理论的地位。今天的讨论，让我们将目光投向弦理论的未来。

在过去的一个世纪里，我们明白了一个道理：物理学定律总是与对称性相关。狭义相对论的基础是相对性原理，赋予了运动观察者之间的对称性。广义相对论的基础是等效原理，它是相对性原理对所有观察者（无论他们的运动状态如何复杂）的推广。此外，强力、弱力和电磁力的基础是更加抽象的规范对称性。

等效原理引入了广义相对论的独立性，规范对称则导出了除引力外的其他三种力。那么弦理论本身是否还蕴含着更大的原理呢？当我们展望弦理论的未来时，我们的目标是寻找那个“不可避免地导致一切”的原理，整个理论都必然从它那里产生。

在前面的章节中，我们频繁地涉及了时间与空间的概念，并探讨了一个观点，即我们的宇宙或许是由十维的空间和一维的时间共同构成的十一维实体。空间与时间紧密交织，不可分割。它们之所以会融合在一起，是因为物体在空间中的运动轨迹会改变其时间的流转过程。牛顿学派认为，时间和空间是宇宙的基本构成元素，永恒且不变。

然而，也有学派对此表示异议，他们将空间和时间视作记录宇宙间物体与事件相互关系的便利工具。爱因斯坦的广义相对论推翻了空间和时间的绝对性。而弦理论则提出了新的见解，认为最小的引力单元——引力子，实际上是弦的一种特别的振动形态。如同电磁场由无数光子构成，引力场亦由数量众多的引力子构成，这暗示着无数的弦以引力子的方式振动。进一步地，引力场嵌套在弯曲的时间-空间结构之中，从而我们很自然地将这一结构与那些正在经历相同振动序列的弦集合等同起来。简言之，弦编织出了我们所见的时间与空间结构。

在我们之前的讨论中，有关弦理论的几个特征尤为突出，其中三点尤为重要，值得我们铭记。

首要的是，引力与量子力学构成了宇宙展现自身的主要方式。任何一种试图统一物理现象的理论，都必须将这两者包含在内。弦理论正是这样一种理论。

其次，过往一百年间物理学家的研究揭示出其他关键的思想，许多已经被实验所证实，它们对于我们理解宇宙至关重要。这些思想包括自旋、粒子的多代结构、传递作用力的粒子、规范对称性、等效原理、对称破缺，以及超对称等。所有这些概念在弦理论中都有着自然的体现。

最后，在传统的理论如标准模型中，有19个可以调整的参数来匹配理论与实验观测的结果。而弦理论则与之不同，它不涉及可调节的参数。从理论上讲，弦理论所包含的一切都是确切而不变的，它们应能提供清晰且无可置疑的实验验证，以此来证明理论的正确性或错误性。

展望未来十年，我们有理由保持乐观，在位于日内瓦的巨型强子对撞机正式运行之前，我们对弦理论的理解可能会迎来重大突破，并有望在发现超对称性粒子之前做出一些具体的预言。一旦这些预言得到证实，必将在科学史上留下不朽的篇章。

然而，我们是否能解释宇宙的所有规律呢？爱因斯坦多年前曾提出，宇宙最不可思议的事实在于它竟然是可以理解的。在这个飞速发展的时代，激动人心的发现很容易让我们过度信任自己的理解能力。但理解的极限可能确实存在，也许当我们触及科学认知的极限时，仍会发现宇宙中有许多事物是我们无法解释的，也许那个能够解释一切的终极理论，实际上并不存在。