目前 , 普遍认为宇宙是有大爆炸产生的 , 最初,“婴儿宇宙”中充满了能量,但是在大爆炸发生后的第一秒内,极高的温度足以将能量转化为物质 。质子、中子、电子就是在这段时间内形成的——正是这些粒子构成了原子 。然而,在膨胀仅仅持续了一秒钟之后,宇宙的温度已经稍微下降一些 , 无法再产生更多的粒子了 。
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随后,一些质子和中子结合到一起 , 形成了一种名为“氘核”的粒子(亦称重氢核,氢原子的一种形式) 。第三分钟时,宇宙的高温仍能维持核聚变的进行 , 但又不至于温度高到会将已生成的粒子炸开 。一些氘和质子结合到一起形成了氦原子核——这与太阳中心处将氢转变为氦的过程是一样的 。天文学家称之为“核合成” 。
不过,在大爆炸发生20分钟后 , 宇宙已经进一步地冷却下来,以至于无法使这一过程继续进行 。计算表明,在这17分钟的爆发性核聚变过程中,宇宙中大约有1/4的氢都转化成了氦 。
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于是,这就成了大爆炸理论的基本前提 。一旦聚变过程停止,直到数百万年后第一批恒星出现,并制造出更重的元素之前,都不会再有任何能够改变宇宙组成部分的方法了,因此今天的宇宙应该仍是由75%的氢和25%的氦组成的 。而天文学家在观察现在的宇宙时,的确也得出了这样的结果——这是支撑大爆炸理论的关键论据 。
大爆炸理论无疑是我们用于解释宇宙起源的最佳理论 。目前为止我们得到的所有证据都指出宇宙起源于一个极小、极热的点 。不过,有关这一理论尚有一些琐碎问题待解决 。
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怎样才能无中生有?
在最初版本的大爆炸理论中 , 宇宙起源于一个奇点——爱因斯坦广义相对论所预言的体积无限小、密度无限大的点 。体积无限小意味着它根本就没有什么“大小”可言,但是怎么样才能无中生有呢?
【宇宙最初的物质是什么 宇宙最初物质来自哪里】除非奇点可能并不真正地存在于宇宙中 , 它们更像是一个散发着耀眼光芒的霓虹灯牌,提醒着我们对物理学的了解并不透彻 。正如我们在第4章中看到的 , 物理学家正试图将爱因斯坦里程碑式的理论与量子物理学结合起来,以创造一个更加完整的万物理论 。
我们已经知道的是,在量子事件中的的确确有一些无中生有的现象 。即使是在一个完全真空的环境中,能量也能转变为转瞬即逝的粒子对,物理学家称之为“虚粒子”,也就是我们在黑洞的霍金辐射中认识到的粒子 。如果真的有万物理论的话,那么它将告诉我们爱因斯坦的时空结构实际上并不连续,而是由一连串的气泡构成的,这些气泡也会像虚粒子那样,凭空出现又突然消失 。
这样一来,也许我们的宇宙并不是无中生有的产物 , 而是产生于时空中的一个小气泡 。这个小气泡(小到)几乎就是奇点,但它并不是 。不过,我们需要解释为什么这个气泡会不断膨胀,并且没有再次消失 。最初版本的大爆炸理论无法回答这一问题 。
大爆炸前发生了什么?
这个问题是“怎样才能无中生有?”的姊妹篇 。最初版本的大爆炸理论认为时间是从奇点爆炸的那一刻开始的,正如“北极点以北”这个概念不存在一样,在“时间开端之前”也什么都没有 。
但是大多数人并不满足于这个答案,尤其是当你考虑我们日常生活中用到的因果规律的时候 。假如你把书扔到了地上 , 那么它落到地面(结果)将会发生在你的手松开(原因)之后 。我们对这一过程非常熟悉 。所以当你只看到了一本书掉到地上的时候,你会想到可能是之前有谁把它扔到了地上 。
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