众所周知我们和我们周围的世界都是由无数个原子组成的,科学家们估计在可观察到的宇宙中,有超过10万亿个原子,这是一个1后面跟着78个零,但什么是原子呢?原子是由电子、质子和中子组成的微小粒子,而质子和中子又是由夸克组成的,但这就引出了一个问题,构成原子的这些粒子首先来自哪里?简洁的回答就是来自于早期宇宙的大爆炸。
早期宇宙大爆炸产生大量的能量,这些能量大量凝聚原子就随着嘭嘭嘭地生成了。下面你可能会疑问,在嘭嘭嘭地过程中发生了什么?所以首先让我们先了解一下什么是宇宙大爆炸。
我们想要理解大爆炸的真正含义,那么我们就要知道宇宙早期发生的事情,但要理解这一点,我们需要一条时间线,我们需要回到时间线开始的地方。事实上,虽然大爆炸理论经常被认为是宇宙的开始,但我们不知道任何关于宇宙开始的具体时间,或者说宇宙是否真的开始了,我们能做的就是使用我们目前已知的宇宙模型,即宇宙学的标准模型,用它来回拨时间,以尽可能接近时间的开始。
如果我们能做到这一点,为什么我们不能把宇宙时钟调回到最开始t等于零的时候呢? 这是因为我们的理论是不完整的,在非常接近时间开始的某一个点上,我们的理论变得不可靠了。我们理论预测了一个奇点,当宇宙中所有的物质和能量都在一个密度无限小质量无限大地点上,但大多数物理学家认为这可能是错误的,我们目前能做到的最好的理论预测是回到一个普朗克时间,大约10的负43秒,这是理论上能存在的最小的时间单位。
根据量子力学,我们不知道在这之前发生了什么,所以尽管这是我们能得到的最接近的起始,但还没有达到T等于零。为了理解在T等于10的负43秒时发生了什么,我们需要一个量子引力理论,因为在这里万有引力的理论太大了,因为此时所有的物质和能量大概都被限制在量子力学的微小尺度上,宇宙的第一个纪元,通常被称为普朗克纪元。
围绕这个普朗克纪元,我们期望有一个点,在这个点上,所有的力包括电磁力、弱力和强力与引力结合在一起,形成一个大一统。所以为了给我们的大爆炸理论建立一个时间表,我们从普朗克纪元之前开始,把时钟调到这一点上。记住,这不是真正的T等于零,但我们还是要从这里开始,因为这是我们理论目前能做到的最好的预测。
宇宙在普朗克纪元以前是什么样子,我们的理论无法探究,我们可以推测最早发生的时间是在宇宙膨胀时期,这发生在大爆炸后大约10的负36秒到10到负33秒之间,这时不管在这之前存在什么,我们统称它为奇点。
这时候宇宙是以指数速度增长,空间扩张速度超过光速,这是可能的,因为对于空间的扩展速度没有理论上的限制。现在你可能会说,我们不能打破光速,但实际上你可以。 爱因斯坦发现,信息的传输速度不能超过光速,是确保你总有一个因果关系,是为了确保因果关系被保留下来。
但由于宇宙膨胀发生的速度超过光速,这意味着在膨胀之前,空间中的两点可以相互影响,在膨胀之后,两个有因果关系的点可能就没有因果关系了,因为它们的移动速度超过了光速。我们目前理解的事情主要发生在膨胀之后,所以理解大爆炸的正确方式不是宇宙开始出现的某个点或物体,而是早期宇宙的一个时期。
早期宇宙是非常热非常密集并且快速膨胀的,所以大爆炸不是在t等于零时发生的事情,而是在那之后,大爆炸被认为是在10的负36秒到10的负33秒之间发生的,能量来自哪里,这个问题还没有得到解决。宇宙扩张的过程,它会破坏之前的所有信息,所以宇宙在t等于零或之前时发生了什么,对我们来说仍是未知。
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