如题所述
宇宙是非常庞大的,在这个庞大的空间内,存在着各种各样的天体,而地球只是其中一个渺小的天体。虽然人类当前所具备的能力已经非常强大了,但是人类对于宇宙依然还存在着很多未知。
宇宙是浩渺无边的,科学家曾经发现,宇宙是在不断发生膨胀的,而人类目前可观测到的宇宙只有930亿光年,在930亿光年以外的宇宙究竟是什么样子的,人类也没有答案,不过有一点可以肯定的是宇宙环境是非常复杂的,在宇宙中存在有害射线、辐射等物质,这对于人类来说都是有致命的伤害的。
那么这些物质都是怎么来的呢?是无中生有吗?答案并没有这么简单,科学家曾对宇宙的这些物质都进行了探索,认为宇宙的起源是因为一场宇宙大爆炸,因为这场大爆炸宇宙开始出现了这些物质。
1965年罗杰·彭罗斯提出了黑洞中心的时空奇点论,奇点其实是一个密度无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的“点”,该理论认为宇宙(时间-空间)是从这一“点”的“大爆炸”后而膨胀形成的。后来霍金也认可了这一观点,并且认为宇宙有一个初始的奇点,宇宙物质都来源于这里。
爱因斯坦曾经提出了质能方程,认为质量就是能量,能量就是质量,再结合能量守恒定律来看,能量不会凭空产生,也不会凭空消失,它只会从一种形式转化为另一种形式,所有物质存在必然会有能量的转化,但是能量的转化都是恒定的,因此在宇宙中物质之间的能量会相互转化。所以宇宙的物质并不是无中生有,与能量的转化是有关系的。那么大家对于这件事情有什么看法呢?
这是一个很大的问题,也可以说人类的根本问题,就是宇宙和人类从哪里来,到哪里去的问题。目前世界科学界对这个问题都还没有一个完美解释,只有一些理论片段,如量子力学的不确定性原理、真空零点能等理论。
以我对这些理论的理解,宇宙物质来源既可以说是无中生有,也可以说是有中生有。要解释这些理论,还是离不开爱因斯坦的质能方程,就是E=MC^2。这个公式虽然简单,却诠释了宇宙深层次的奥秘,即质量与能量的等价性,并且可以互换。
宇宙中的物质就是由能量转化而来,在极端情况下,又会转化为能量而去,最终归于寂灭。这就是宇宙生生灭灭的规律。
从宏观上说,宇宙是从无到有
大爆炸宇宙模型,已经是现代宇宙学的标准模型,也就是这个理论成为全世界天文学家、宇宙学家的主流认识,这个认识对宇宙来源的大致脉络是:宇宙于138亿年前起源于一个奇点,这个奇点在机缘巧合下突然爆炸了,这个爆炸我们可以理解为急速膨胀开来,由此形成了今天的宇宙。
奇点从138亿年前大爆炸开始,经历了暴涨和快速膨胀阶段,如今依然在以超过光速若干倍的速度膨胀,今天已经成为一个半径约465亿光年可观测宇宙。所谓超光速膨胀,并不是所有的地点都在超光速膨胀,而是指整个宇宙叠加的膨胀超光速,在距离我们465亿光年可观测宇宙最边际处,星系离开我们的速度超过光速。
在科学术语中,奇点被表示为体积无限小,密度无限高,曲率无限大,温度无限大。那么问题来了,这个奇点是什么?如何产生的呢?从宏观来说,它就是无中生有,从虚空中突然出现的。
物理学上把一个存在又不存在的点称为奇点,是空间和时间具有无限曲率的一点,时空在该处完结。广义相对论预言这种奇点必然会发生,是在极端引力场中物质受量子过程影响,坍缩到另一组时空维度的现象,比如黑洞奇点。
而宇宙大爆炸则是从另一个时空反弹的结果。从这个意义上来说,奇点是超时空的玩意,也就已经不是本宇宙时空的物质了,所有物理理论在那里都失效,也就是无法解释。而奇点出现就是从另一个时空膨胀到我们时空来的,因此是无中生有。
但根据量子力学理论,宇宙是有中生有
现代量子力学有两个理论解释了这种现象,即海森堡不确定性原理,以及由此派生出来的真空零点能理论。
海森堡不确定性原理认为,在微观世界,不可能同时精确得知一个粒子的位置和动量,由此可以推断,即便温度降低到绝对零度,粒子依然在振动,否则就会违背不确定性原理。
这就是说,即便宇宙消亡了,时空没有了,只有绝对真空,还依然会有粒子运动,有粒子运动就有能量,这就是真空零点能的来源。在绝对真空的虚空中,这些能量会以量子泡沫的形式存在,也就是以虚粒子的方式随机出现。
这些虚粒子都是正负成对的,也就是以正反物质的方式随机出现,而正反物质碰在一起就会湮灭(释放能量后消失),因此真空中的这些虚粒子对随机出现,又会瞬间随机湮灭。
如果这个世界一直这样对称平衡完美无缺,那么我们这个世界就永远不会出现。但物理学家们发现了世界并不完美,最杰出的代表就是杨振宁、李政道和吴健雄,他们发现并实验验证的“宇称不守恒定律”获得了1957年诺贝尔物理学奖。
这些理论认为,我们宇宙并不完美,而是会偶尔出现不守恒不对称的破缺现象,才造就了这个世界的不断变化。由此,科学界对宇宙大爆炸有了突破性的解释,即这些在量子涨落中不断随机出现的虚粒子对,并不是100%都会湮灭,有那么一个两个甚至很多个错开了,没有湮灭,就成了宇宙奇点。
我们宇宙就是这样一个奇点爆发出来的,或许还有许多个宇宙都是这种奇点爆发出来的,但物理规律让我们无法突破自己的宇宙,因此无法窥探别的宇宙秘密。
破缺而没有湮灭的奇点能量无法回归虚无,只能膨胀开来,这就是宇宙大爆炸。大爆炸的温度极高,密度极大,开始只有能量,什么也没有。大爆炸发生1秒钟之内,宇宙发生了暴涨,引力、胶子、夸克、玻色子、轻子、质子、中子及其反粒子等先后出现,后来强、弱、电磁力等相互作用也分离出来了。
1秒钟后的宇宙温度虽然从开始的10^32降到了100亿K,核力还是无法束缚中子和质子,因此核子还没有出现,原子就更没有出现,这时的宇宙还没有我们认知的常见物质。
一直经过38.4万年的膨胀和冷却,宇宙已经足够大了,温度冷却到约3000K,中性原子才出现了,而宇宙也终于度过了黑暗时期,第一缕光(电磁波)从致密的宇宙中脱耦而出,从此宇宙变得透明起来。
这时,由原子组成的常见物质才出现了,最早的物质就是最简单的元素氢和氦,还有极少量的锂,这些轻物质在宇宙中由于引力作用渐渐聚合成星云星团,再收缩坍塌成恒星,宇宙中的恒星和星系就诞生了。
早期的恒星都比较巨大,因此寿命很短,在恒星核聚变和不断的超新星大爆炸中,更重的元素一个个被生成出来,逐渐出现了现在已知的118种元素,正是这些元素,构建了宇宙中各种物质和地球上千姿万态的生物。
从这个意义上来说,宇宙物质就是从有到有的。在宇宙没有诞生前,这些能量就蕴藏在真空中,是巨大的真空零点能转化出了各种物质,符合爱因斯坦质能方程揭示的质能转换规律。
宇宙奇点能量为啥那么大
在所有的宇宙诞生理论中,迄今为止只有大爆炸理论最有说服力,而且迄今为止,所有的观测和实验试验,都符合这个理论预期,因此在没有更有逻辑性和说服力的理论出来之前,我愿意相信这个理论。
真空零点能理论在各种实验中已经得到了证实,最普遍的证据就是卡西米尔效应(在此不作解释, 有兴趣的可以查阅资料),许多科学家做过这个实验,验证了真空零点能的存在,由此真空零点能成为科学界没有争议,普遍接受的存在。
而大型强子对撞机通过接近光速的粒子对撞,重现了宇宙大爆炸百万分之一秒的状态,验证了大爆炸理论对大爆炸初期高温高密夸克饺子汤状态。
那么为啥一个没有湮灭的虚粒子成为奇点,就有那么巨大的能量,以至于演化成为今天浩瀚的宇宙物质呢?
研究发现,真空零点能本地能量异常强大,著名物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒估算零点能的密度高达10^95g/cm^3。这是个什么概念?就是宇宙大爆炸刚开始的普朗克时间,宇宙只有一个普朗克尺度时,其密度为10^94g/cm^3的10倍。
普朗克时间为10^-43秒,普朗克尺度为1.6*10^-35m,普朗克温度为10^32K。就是说宇宙大爆炸开始后的1000亿亿亿亿亿分之一秒,宇宙只有1600亿亿亿分之一米,温度为1亿亿亿亿K时,宇宙密度为10^94g/cm^3,但真空本底能量1立方厘米就比宇宙初始整体能量大10倍。
而现在一些研究认为,可观测宇宙总质量约为10^53g,只有真空零点能1个立方厘米的1/10^42,也就是100亿亿亿亿亿分之一。
由此,这个奇点具有整个宇宙的能量就不奇怪了。至于为什么真空零点能的本底能量有这么大,这是量子力学里面很高深复杂的话题,我们吃瓜群众只要知道这很神奇,但真实存在就够了,无须追根究底。
那么宇宙既然是大爆炸诞生,为啥没有中心呢?
这个问题许多人迷惑,我解释过很多次还是迷惑。之所以有这个迷惑,是因为许多人都把宇宙爆炸想象成我们周围的事物,如一个爆竹或一个炸弹爆炸了,那个爆竹或炸弹爆炸点不就是中心吗?
其实,宇宙大爆炸可以想象成一个炸弹爆炸,但又不完全像炸弹这样爆炸,而是膨胀。可以理解为最开始的奇点膨胀成了今天的样子,有点像一个气球(当然是没有吹嘴的气球)或一个篮球,而所有能量转化出来的物质,如星系和恒星,都在球面上,而不是在球里面。
这样所有的星系物质就像画在篮球或气球表面的各种图案或星星点点,在一个圆球表面,我们取任意一点向四周看,都是一样的。随着宇宙膨胀这些星星点点的图案都会相互分得越来越开,但却没有中心,或者说任何一点都是中心。
就比如在地球表面,你说哪里是中心呢?是北京还是纽约,又或者说是巴黎?只有古代帝王及其拥簇者才会认为自己是世界的中心,如果现在还有人这样认为,就愚昧了。当然这里说的只是地球表面,宇宙就像地球的表面,宇宙没有地核这样的核心。
宇宙膨胀的证据是天文学家埃德温·哈勃在上世纪初发现的,并以此创立了哈勃定律。这个理论的主要内容是,宇宙在不断膨胀,站在宇宙任何一点观测,各向同性(都是一样的),因此宇宙没有中心;距离我们越远的星系离开得越快,且与距离成正比关系,公式简单表述为:V= HD。
这个公式里的V表示星系离开我们的视向速度,单位km(千米或公里);H是哈勃常数,就是距离我们1Mpc(1百万秒差距,约326万光年)的地方,星系离开我们的速度,单位是km/s(公里/秒);D为目标星系与我们的距离,单位为哈勃常数距离的倍数。
要计算宇宙膨胀的速率,或者某个星系离开我们的速率,哈勃常数必须是已知参数。为了获得更准确的哈勃常数,各国科学家运用各种望远镜、卫星等精密仪器,辛勤观测计算了几十年,但每次得出的数据都不完全一样。
几十年来,先后得到比较有影响的几次数据为:77km、74.2km、68.7km、82.4km。我们取其一个平均数,约等于75.6km/s,如果将这个哈勃常数代入公式,就可以得出在哈勃常数2倍距离,也就是652万光年的地方,星系退行速度为151.2km/s,以此类推,在可观测宇宙边际,距离我们465亿光年的星系,离开我们的速度约为1078343km/s,约为光速的3.6倍。
有些人又有了疑问,既然宇宙膨胀速度这么快,我们怎么感觉不到呢?千百年来,太阳还是那个太阳,月亮还是那个月亮?
其实我前面都已经说得很清楚了,宇宙膨胀只是大尺度叠加的膨胀,并非星系之间相互离开的速度,膨胀速率为光速的3.6倍,只是可观测宇宙465亿光年最远处的星系离开我们的速度。
根据越近速度越慢的规律,在我们附近宇宙膨胀速率很慢,而且天体更主要受到的影响是引力作用,因此是感觉不到膨胀的。今天就说到这里吧,欢迎讨论,感谢阅读。
时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。
宇宙万物,莫不从无中来,到无中去。若不能悟透有无相生,则必须将“上帝”请出来开天辟地,才能解释,我们为何能存在。
《道德经》有云:“天下万物生于有,有生于无。”
《庄子》有云:“万物出乎无有。有不能以有为有,必出乎无有。而无有一无有;圣人藏乎是。”
《有无相生》
一
人们莫不认为,一切都有开端。所以,古今无数智者哲人,冥思苦索,都想弄明白:宇宙究竟是怎样诞生的?
若不能悟透“有无相生”,则无法看清一切存在的最初面貌。如此,唯有请“上帝”出来开天辟地,才能解释:为什么我们能够存在?
但是,“上帝”可以出场,却不能圆场:这伟大的宇宙的缔造者,又是怎样诞生的?诞生其的道体(指一切存在的统称,亦可特指某一具体的存在),又从何而来?
——这思路,恰似环形跑道;无论是谁,都找不到路的尽头。若执迷不悟,便终无出路。
二
文不在多,以精为贵。
反者道之动,弱者道之用——只此一句,便是《道德经》的核心所在,也是人类智慧最为高贵的结晶。
任何事物,有始必有终,无终必无始。天道(指宇宙的衍化)循环往复:如此,没有终结;当然,也不会有开端。
可借时间加以说明:对人类而言,日复一日,年复一年;每日每年,都有始有终;但日日年年,无始无终。并且,上一日(年)的终点,便是下一日(年)的起点。
古人有副对联,可谓言简意深:年年年头接年尾;月月月圆逢月缺。
至阴即至阳,至无即至有——可以说,这是天地间最为深奥的道理;即便是我,也只知其然,而不知其所以然。
三
宇宙生了又亡,亡了又生。其生亡无始无终——但是,它每一轮的生亡,都有始有终。
所以,宇宙第一次衍生(指特定道体刚经其它道体释放,或由其它道体构成,从“不存在”衍化为“存在”,可简称为生)时的情况,我们不必冥思;它最后一次消亡(指特定道体的构成发生质变,由“存在”衍化为“不存在”,成为其它道体,可简称为亡)时的景象,也无须苦想——这所谓的“第一次”或“最后一次”,并不存在。
我们能够考虑的,便是宇宙每一轮由生而亡的衍化(指特定道体由生而亡的变化)。
四
《道德经》有云:“天下万物生于有,有生于无。”
《庄子》有云:“万物出乎无有。有不能以有为有,必出乎无有。而无有一无有;圣人藏乎是。”
本来无一物,何处惹尘埃?道体最初的面貌,即为一无所有的状态——当然,一无所有,便是无所不有。
古人所说的“混沌”,即是阴阳一体、有无不分的状态。其至阴亦至阳,至无亦至有——这正是道体每一轮衍化的起点;当然,也是终点。
借助数学,可以更好地理解天道学(指人类对于天道的领悟与认识)。无穷大(∞)与无穷小(0),两者在数轴上,对应着同一位置。
五
我们所说的“有”“无”,其内涵,便是道能(指能量和道律的合体,亦可特指某一具体的、能量和道律的合体;可将其仅视为能量来理解)或能量。
阳极,是蕴含无穷多道能的道体;阴极,是没有蕴含任何道能的道体。阳极与阴极的合体(指由阴阳两道体融合形成的道体),是为太极。
《道德经》有云:“有物混成,先天地生。”阴阳两极混融(指两道体绝对混合均匀,融为一体,不分彼此)而成的道体,是为无极(亦即混沌)。此时,阴阳两极尚未分离,既可说其存在,亦可说其不存在。而后,阴阳两极相互分离,无极衍化为太极。
六
《道德经》有云:“道可道,非恒道;名可名,非恒名。”任何道体,皆非永恒;生长衰亡,唯变不变。所以,严谨说来:当下之我,非昔时之我;明朝之物,非今夕之物。
古希腊哲学家赫拉克利特说过:“人不能两次踏进同一条河流。”——这的确是至理名言;但是,若我们始终以如此理念,来审视世界,则不能认识任何事物。
所以,要想论述我与物,必须舍其小而就其大,执其不变而论其变。
七
太极一如无极,亦即生即亡。阳极在衍生的同时,便发生均解(指特定道能消亡,并均匀地分解为若干全同道能(指完全相同的道能));而均解的发生,将伴随道能的消减(指特定道体所蕴含的能量或(和)道律的强度降低),使得极少量源于阳极的道能,归终(指来源于阳极的道能,消亡归于阴极(阴沌))于阴极。
所有来源于阳极,且未归终于阴极(阴沌)的道能的统称,是为宇宙。接纳来自阳极的道能后的阴极,是为阴沌。
显然,宇宙,是阳极消亡后的遗物;阴沌,是阴极消亡后的遗物。宇宙和阴沌,一如阳极与阴极,对立而统一,均同生同亡;两者的合体,是为沌宙。
宇宙衍生后,所蕴含的道能将逐渐消减,最终尽数归于阴沌。
当所蕴含的道能全部归终时,宇宙便衍化为阴极;同时,来源于阳极的全部道能,皆被阴沌接纳,后者便衍化为阳极——此即阴阳互化,有无相生。
八
完成相互转化的同时,阴阳两极混融,归根(指某一道体消亡,并转化为另一道体,且后者可衍生前者)于无极,进而开启新一轮的衍化。
道体的每一轮始于无极、复终于无极的衍化,是为道轮。显然,道轮无穷无尽;而每一轮的道轮,都有始有终。并且,不同的道轮,都上演着相同的衍化——仿佛循环放映着同一部电影。
《道德经》有云:“道生一,一生二,二生三,三生万物。”其“一”,即无极;“二”,即太极;“三”,即宇宙。
无极衍生太极,太极衍生沌宙,沌宙归根太极,太极归根无极:如此循环往复,永无穷尽。