宇宙是如何创造的?

简短回答:我们真的不知道宇宙是如何创造的,尽管大多数天体物理学家认为它始于大爆炸。

附近的星系诞生了数百万颗恒星(图片来源:ESA)
附近的星系诞生了数百万颗恒星(图片来源:ESA)

我们知道我们生活在一个不断膨胀的宇宙中。 这意味着整个宇宙每天都在变大。 这也意味着过去我们的宇宙比今天小。 把磁带倒得足够远,物理学表明我们的宇宙曾经是一个无限小、无限密集的点——一个奇点。

大多数物理学家认为这个点在大爆炸时扩展了,但是因为所有已知的物理学都在我们宇宙初期普遍存在的极端条件下崩溃了,所以很难自信地说出宇宙最早时刻发生了什么。

时光倒流

在宇宙的大部分历史中,它散布着与现在存在的相似的天体——它们只是靠得更近。

例如,当我们的宇宙诞生不到 38 万年时,宇宙的体积大约比现在小一百万倍,平均温度约为 10,000 开尔文。它是如此的热和致密以至于它是一种等离子体,一种原子被撕裂成质子、中子和电子的物质状态。然而,我们在太空和地球上的许多其他情况下都会遇到等离子体,因此我们对它们的工作原理有很好的了解。

但是我们走得越远,物理学就会变得越复杂。当宇宙刚诞生十几分钟时,它是质子、中子和电子的浓汤,仍然受制于我们用来理解核弹和核反应堆的相同物理学。

然而,如果我们回顾更早的时间,事情就会变得非常粗略。

当我们在宇宙诞生不到一秒时就试图弄清它的意义时,我们没有任何物理学理论可以应对宇宙所经历的异常高温和高压。我们所有的物理理论都崩溃了,我们不了解粒子、力和场在这些条件下是如何运作的。

奇点的诞生

物理学家可以使用爱因斯坦的广义相对论绘制宇宙的增长图,该理论将宇宙的内容与其膨胀的历史联系起来。

但是爱因斯坦的理论有一个致命的缺陷。如果我们遵循广义相对论得出最终结论,那么在过去的某个有限时间内,我们的整个宇宙都被塞进了一个无限密集的点。这被称为大爆炸奇点。

奇点通常被认为是宇宙的“开端”:但它根本不是开端。

从数学上讲,大爆炸的奇点并没有告诉我们宇宙是从那里开始的。相反,它告诉我们广义相对论本身已经崩溃,失去了预测和解释的能力。

物理学家早就知道广义相对论是不完整的。它无法解释高强度或小尺度的引力,即所谓的量子引力。换句话说,要完全了解宇宙最早的时刻,我们需要新的物理学。

一个时代的问题

可悲的是,我们目前缺乏这样的物理学。我们有几个量子引力的候选者,如弦理论和圈量子引力,但这些理论尚未得到充分发展,更不用说测试了。

但如果这些理论中的任何一个是正确的,它们就可以告诉我们关于早期宇宙的有趣事情。

在圈量子引力的情况下,奇点被一个有限大小的时空块所取代。与此同时,在弦理论中,我们的宇宙起源于可能宇宙的“景观”。也有可能我们的大爆炸只是无限系列宇宙中的一个,在多元宇宙中无限繁殖。只有理论物理学的进一步发展才能帮助理清这些可能想法的模糊之处。

但还有另一个问题:我们可能永远不知道是什么导致了大爆炸。在最早的时刻,甚至我们对时间和空间的概念都会崩溃。在如此极端的规模下,“开始”和“之前”等正常的日常概念甚至可能没有意义。

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