今天的內(nèi)容會(huì)有一點(diǎn)點(diǎn)收費(fèi)內(nèi)容，還請(qǐng)大家一如既往的支持我。愛你們。
138億年前，宇宙在一個(gè)瞬間開始，之前空無一物，之后萬物蓬勃。
現(xiàn)在的我們知道，關(guān)于宇宙的一切都取決于機(jī)制、過程和因果關(guān)系。
雖然數(shù)代的我們努力的去理解事物存在的原因，
但是，
在最基本的層面上，我們依然不知道整個(gè)宇宙究竟是如何誕生的。因?yàn)闆]有人曾親眼見證那一過程。
正如斯蒂芬·霍金曾經(jīng)假設(shè)的那樣，考慮到我們所居住的宇宙中，空間和時(shí)間是固有的聯(lián)結(jié)屬性，宇宙的開始標(biāo)志著時(shí)間的開始。時(shí)間之前可能沒有空間存在，因此，也沒有宇宙。通過觀察時(shí)空的幾何形狀回溯到過去，他發(fā)現(xiàn)宇宙在某一時(shí)刻會(huì)收縮、彎曲，并最終成為一個(gè)封閉的形狀?；蛟S，并沒有實(shí)際的起點(diǎn)。
科學(xué)家們認(rèn)為，宇宙的誕生是一個(gè)瞬間的指數(shù)級(jí)擴(kuò)張階段，被稱為膨脹，它為隨后發(fā)生的一切奠定了基礎(chǔ)。我們的宇宙在極短的時(shí)間內(nèi)停止了膨脹，但一些物理學(xué)家認(rèn)為，這并不是宇宙中唯一的膨脹時(shí)期，而是膨脹會(huì)在其他地方繼續(xù)，永遠(yuǎn)產(chǎn)生氣泡宇宙，這些宇宙散布在一個(gè)永恒的多元宇宙中。
或許，我們當(dāng)前的宇宙僅僅是，一個(gè)漫長而潛在無限的膨脹和收縮宇宙系列中的最新一環(huán)，這個(gè)理論被稱為大反彈。在這種理論中，宇宙并非從無開始，而是經(jīng)歷了一系列的膨脹和收縮，宇宙的膨脹會(huì)一直持續(xù)，直到達(dá)到一個(gè)極大值，然后再開始收縮。在收縮過程中，物質(zhì)和能量會(huì)重新聚集，最終形成一個(gè)新的高溫高密度狀態(tài)，然后再次經(jīng)歷膨脹。這種膨脹和收縮的周期性循環(huán)會(huì)不斷重復(fù)，以形成今天所見的結(jié)構(gòu)。像保羅·斯坦哈特這樣的當(dāng)代物理學(xué)家認(rèn)為，宇宙中的一切都經(jīng)歷著周期性的生長和收縮。
或許我們對(duì)尺度的理解在根本上是不完整的，物理學(xué)家羅杰·彭羅斯認(rèn)為，不考慮形狀的大小，我們可以將宇宙視為一個(gè)統(tǒng)一的整體，不受尺寸限制。就像在玩棋時(shí)，無論棋盤是放在口袋里還是橫跨整個(gè)庭院，棋局的本質(zhì)都是相同的，沒有時(shí)間和尺度的差異，從所有意義上說都是等效的。這意味著宇宙的本質(zhì)是不變的，無論是在微觀的粒子層面還是在宏觀的星系層面，都存在著相似的規(guī)律和屬性。
或許，我們的宇宙是由維度的暫時(shí)碰撞而形成的。弦理論試圖解釋現(xiàn)實(shí)的基本原理是超空間中的微小振動(dòng)的弦，在我們的宇宙中，我們所經(jīng)歷的三個(gè)空間維度和一個(gè)時(shí)間維度只是整體體積中的一部分，我們的宇宙的起源和成長是由更高階的緯度體積碰撞而形成的?；蛟S，可能還存在其他數(shù)學(xué)或物理領(lǐng)域的未知角落，我們尚未揭示和理解的內(nèi)容。至今，我們宇宙的起源仍然是一個(gè)謎，一個(gè)多元選擇的可能性。盡管如此，在138億年前，宇宙確實(shí)開始了。
宇宙中，最炙熱的地方在哪里？或許最先出現(xiàn)在頭腦里的想法是，恒星中心的天然聚變反應(yīng)堆，可是那里的溫度僅達(dá)到1500萬攝氏度。我們也可以尋找宇宙中更為劇烈的現(xiàn)象，比如超新星爆炸。在恒星戲劇性的死亡過程中，超熱的氣體殼向各個(gè)方向噴射，形成了一個(gè)引力壓縮的中子星，其溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常恒星的爐溫，達(dá)到1000億攝氏度。但這仍然不是最高溫度，事實(shí)上，有記錄的最高溫度在地球上，位于瑞士拉蒙湖邊雪地之下100米處。這并非自然過程，而是數(shù)百名科學(xué)家和數(shù)十億歐元的研究和開發(fā)，在歐洲核子研究中心（CERN）的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中共同努力的結(jié)果。在這里，粒子以接近光速的速度相互碰撞，2012年兩個(gè)鉛原子的碰撞瞬間產(chǎn)生了約5.5萬億攝氏度的溫度，比超新星熾熱50倍。但是，這可能仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及可能的最高溫度。
溫度是粒子能量、運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)速度的一種表現(xiàn)形式。絕對(duì)零度，即0開爾文，是粒子理論上可能達(dá)到的最低極限，粒子在這里將完全停止震動(dòng)。然而，絕對(duì)熾熱也有一個(gè)上限，標(biāo)志著粒子在其自身撕裂之前的最高溫度。
這被稱為普朗克溫度，大約是1.4乘以10的32次方開爾文。普朗克溫度得名于德國理論物理學(xué)家馬克斯·普朗克，他在20世紀(jì)初迎來了他的學(xué)術(shù)巔峰。他的思想被視為量子物理學(xué)的基石，并導(dǎo)致了光的量子化，即將光量子化為能量的離散單位，即光子。然而，他的思想也使他考慮到其他自然現(xiàn)象的基本量子，使用諸如光速和重力力這樣的普遍特性，結(jié)合他的普朗克常數(shù)，定義了普朗克長度，即最小的距離量子，大約是1.6乘以10的負(fù)35次方米，比質(zhì)子小了約一百萬億億倍。光穿過這個(gè)微小距離所需的時(shí)間是普朗克時(shí)間，約為5.39乘以10的負(fù)44次方秒。普朗克溫度是絕對(duì)熱量的實(shí)用度量，它表示熱輻射的波長達(dá)到普朗克直徑時(shí)不再變小。
毫無疑問，人類大腦無法真正理解這些數(shù)字，并不是對(duì)人類智力的公平評(píng)價(jià)。我們的進(jìn)化使我們適應(yīng)了與我們相關(guān)的尺度，所以普朗克單位可能看起來太小，或者在溫度的情況下太大，以至于沒有實(shí)際用途。但是，當(dāng)我們思考宇宙初始時(shí)刻那個(gè)無法測(cè)量的微小瞬間，這些單位才真正發(fā)揮作用。因?yàn)槲覀兊挠钪嬲谂蛎?，變得不那么密集，并且在整個(gè)歷史過程中一直如此?？茖W(xué)家并不知道我們的宇宙是否是無限的，但如果是的話，它一直都是無限大的，而不是從一個(gè)單點(diǎn)開始。隨著時(shí)間的推移，宇宙并不會(huì)增長，而只是變得不那么密集。我們可觀測(cè)的宇宙，也就是我們能夠看到、相互作用的部分，受到光速和自宇宙誕生以來已經(jīng)傳播的距離的限制，這距離為138億年。然而，隨著時(shí)間的倒退，可觀測(cè)宇宙的部分縮小并變得更加緊湊，直到最終我們回溯到一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，宇宙中的一切只有一個(gè)普朗克時(shí)間的年齡，一個(gè)普朗克長度的直徑，我們可觀測(cè)的宇宙，包括宇宙的最初一瞬間，都被稱為普朗克時(shí)刻。在時(shí)間和空間開始之后的每一秒，我們所經(jīng)歷的一切都受到某些不可改變的自然定律的支配，這些定律最終由四種主要力量的相互作用所控制。這四種力量是：將原子團(tuán)結(jié)在一起的強(qiáng)力，控制某些類型的放射性衰變的弱力，將能量分布在很遠(yuǎn)距離上的電磁力和引力。
正如普朗克在19世紀(jì)末預(yù)測(cè)的那樣，強(qiáng)力、弱力和電磁力可以量子化，表示為微小的相互作用單元，類似于物質(zhì)的粒子。這些所謂的信使粒子分別被稱為膠子、W和Z玻色子以及光子。但是引力是不同的，通過愛因斯坦的廣義相對(duì)論，他推翻了經(jīng)典力學(xué)對(duì)引力的定義，將其概念化為時(shí)空的彎曲，是現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的一種扭曲。通過各種大規(guī)模實(shí)驗(yàn)，廣義相對(duì)論一次又一次地得到驗(yàn)證，引力誘發(fā)的時(shí)空彎曲現(xiàn)在被認(rèn)為是宇宙固有的屬性，影響其中的所有物質(zhì)和能量。因此，在普朗克時(shí)刻，在任何常規(guī)自然定律產(chǎn)生之前，最早顯現(xiàn)的是引力。但是問題在于，我們今天對(duì)引力運(yùn)作的所有認(rèn)識(shí)都基于愛因斯坦成功的理論，但是這個(gè)理論只在較大尺度上得到了測(cè)試和驗(yàn)證。然而，宇宙演化的早期階段，我們整個(gè)可觀測(cè)宇宙被壓縮到比質(zhì)子小很多萬倍的區(qū)域，因此廣義相對(duì)論并沒有太大幫助。相反，極小尺度的動(dòng)力學(xué)由量子力學(xué)統(tǒng)治著，在這個(gè)尺度上，我們可以將物質(zhì)的個(gè)別亞原子粒子或量子化的力與能量的信使粒子考慮在內(nèi)，適用一套完全不同的規(guī)則。在這個(gè)領(lǐng)域，物質(zhì)永遠(yuǎn)不在你所期望的地方，觀察的行為本身就改變了結(jié)果，量子物理學(xué)家不處理絕對(duì)的概念，而是考慮概率，而且事物從來都不會(huì)長時(shí)間保持不變。幸運(yùn)的是，這個(gè)無法無天的量子世界只在納米尺度上占主導(dǎo)地位，當(dāng)我們達(dá)到我們更熟悉的尺度時(shí)，事物的規(guī)律就會(huì)回歸我們的認(rèn)知正常。但是，在普遍的納米尺度的宇宙演化的早期階段，量子無法被回避，這就是理解事物在那一刻實(shí)際上是如何運(yùn)作的問題，廣義相對(duì)論和量子力學(xué)在本質(zhì)上是不兼容的，因此研究人員仍在尋找解決方案，一種被稱為量子引力的理論，能夠協(xié)調(diào)現(xiàn)代物理學(xué)中最重要的兩個(gè)理論，并正確描述普朗克時(shí)刻的宇宙行為。不幸的是，這個(gè)問題無法通過實(shí)驗(yàn)手段合理地解決，考慮到需要產(chǎn)生和研究所需的巨大能量。
在對(duì)撞機(jī)設(shè)施內(nèi)的其他力量信使粒子和引力在定義所有時(shí)空中所占據(jù)的高位平面，要真正探測(cè)到普朗克時(shí)刻極端情況下的引力，需要一個(gè)粒子加速器，其直徑大約相當(dāng)于我們整個(gè)太陽系，但這并不妨礙理論上的推測(cè)和推斷。有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，像自然界的其他基本力量一樣，引力也是由一個(gè)信使粒子傳遞的，這個(gè)量子單位的引力已經(jīng)被稱為引力子。但是，作為一種力量，引力比其他力量弱得多，因此其微弱的引力子幾乎不可能被檢測(cè)到。另一種被稱為環(huán)量子引力的理論在這方面非常不同。在這種理論中，物理學(xué)家想象時(shí)空的光滑和不斷變化的幾何形狀在最小的尺度上最終被像素化，并通過用線或環(huán)代替點(diǎn)來重寫愛因斯坦的廣義相對(duì)論方程，量子尺度上的引力計(jì)算變得更加容易。
也許最有可能的量子引力解決方案繼續(xù)在理論物理的背景中咆哮，弦理論將傳統(tǒng)物理學(xué)的點(diǎn)狀粒子想象為一維振動(dòng)的弦，而這些弦的振動(dòng)狀態(tài)定義了什么是粒子，以及難以捉摸的引力力量。然而，為了使弦理論的數(shù)學(xué)成立，必須涉及不少于10或11個(gè)維度，其中許多維度將被折疊在自身或劃分為二維或五維結(jié)構(gòu)，被稱為大腦，這是一個(gè)甚至更難以捉摸的總體理論的基本對(duì)象，簡(jiǎn)稱M理論。
因此，這些關(guān)于量子引力如何實(shí)際工作的假設(shè)每一個(gè)都比上一個(gè)更令人費(fèi)解，根植于數(shù)學(xué)的抽象，幾乎無法形象化。
具有諷刺意味的是，在上世紀(jì)50年代，當(dāng)量子力學(xué)科學(xué)還處于萌芽階段時(shí)，美國理論物理學(xué)家約翰·阿奇博爾德·惠勒為我們提供了關(guān)于那個(gè)動(dòng)蕩混亂時(shí)期的具體描述。他想象早期宇宙由一種冒泡的、充滿活力的量子泡沫組成。這種量子泡沫如惠勒所描述的那樣產(chǎn)生于量子尺度上相互作用的動(dòng)態(tài)和不可預(yù)測(cè)的本質(zhì)。海森堡的不確定性原理嚴(yán)重地影響了我們?cè)谄绽士顺叨扔钪嬷卸x長度、時(shí)間或能量的能力，因此我們今天所熟悉的連續(xù)而連貫的時(shí)空被一種固有的不可預(yù)測(cè)和變化的泡沫狀紋理所取代，這個(gè)紋理會(huì)隨機(jī)地變動(dòng)和改變。量子微小的黑洞和蟲洞會(huì)自發(fā)地產(chǎn)生，然后毫無痕跡地消失，沒有任何明顯的因果關(guān)系。在這個(gè)高能超緊湊和微縮的宇宙中，短暫的時(shí)刻里，任何事情都有可能發(fā)生。然而，僅僅在一億億億億分之一秒后，普朗克誤差的普遍不可預(yù)測(cè)性結(jié)束了，因?yàn)橛钪嫖⑿〉呐蛎浐屠鋮s宣告了一個(gè)新時(shí)代的到來。在接下來的一段時(shí)間里，宇宙的外觀和行為將與今天完全不同，但從現(xiàn)在開始，我們目前的理論至少有機(jī)會(huì)描述正在發(fā)生的事情。我們宇宙中的一切都受到自然界的四個(gè)基本力量的控制和定義。想象一下打開電視，引力將你牢牢地固定在椅子上，將地球的大氣層保持在表面附近，并使地球繞著最近的恒星運(yùn)行，為你持續(xù)存在提供了一個(gè)適宜居住的環(huán)境。然而，盡管如此，引力相對(duì)較弱，你可以用一只胳膊的肌肉來克服它，將遙控器舉起來響應(yīng)你的按鈕按下。看不見的紅外光電磁輻射從遙控器前方穿過起居室，圖像在你面前活躍起來。
數(shù)百萬個(gè)微小的像素發(fā)射可見光，這是另一種電磁輻射形式，它穿過房間并進(jìn)入你的眼睛。你的眼球本身是進(jìn)化創(chuàng)新的奇跡，但它們最終依賴于原子內(nèi)部的電子和核子的特性和行為，它們由電磁力將其維持在一起。原子核本身是由強(qiáng)核力將質(zhì)子和中子聚集在原子中心的。不僅如此，這些質(zhì)子和中子實(shí)際上是由三個(gè)更小的亞原子粒子稱為夸克組合而成的，它們也受到相同力的束縛。你身體中的每個(gè)原子，存在的電視，甚至整個(gè)宇宙本身都依賴于這種力量，因?yàn)槟愕难劬劢共⑴c屏幕上的圖像進(jìn)行交互，你大腦內(nèi)的每根神經(jīng)每秒最多發(fā)射200次。所有這些協(xié)調(diào)的電位都依賴于體內(nèi)鉀的適當(dāng)平衡，像其他元素一樣，鉀也是由強(qiáng)核力維持在一起，但還有其他因素在起作用。因?yàn)殁浘哂形⑷醯姆派湫?，大約每秒有5000個(gè)鉀原子放射性衰變，這是由弱核力驅(qū)動(dòng)的衰變。所以，在距離我們150億公里的地方，太陽的核心像恒星熔爐一樣燃燒，靠氫聚變成氦提供動(dòng)力。這種極為強(qiáng)大的反應(yīng)負(fù)責(zé)保持地球的可居住溫度，在銀河尺度上，構(gòu)成行星、電視、你以及所有事物的元素也依賴于弱核力。
這四個(gè)基本力量，引力、電磁力以及強(qiáng)核力和弱核力共同作用，塑造了我們對(duì)宇宙的體驗(yàn)，而且在我們宇宙多億年的歷史中一直如此。但在時(shí)間的最初瞬間，條件相互作用，創(chuàng)造出了一套非常不同的規(guī)則。在緊密統(tǒng)一紀(jì)元中，這是繼普朗克時(shí)刻之后的階段，只存在兩種力量。但這是如何發(fā)生的呢？將這個(gè)問題形象化的關(guān)鍵在于拋硬幣。拋硬幣來決定兩個(gè)同等重要的選擇之間的結(jié)果，正面代表一方，反面代表另一方。決策只有在硬幣停下來，通過拇指和食指的彈動(dòng)提供的能量完全耗盡之后才能確定。在此之前，當(dāng)硬幣充滿能量，在空中或桌面上旋轉(zhuǎn)時(shí)，甚至無法區(qū)分兩個(gè)面，也就是你可選的兩個(gè)選擇。只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的球體，具有自己的特征。這正是當(dāng)我們觀察更高能量下的基本力量行為時(shí)所遇到的情況。新生宇宙中存在的能量增加了溫度，使弱核力和電磁力的獨(dú)立屬性開始減弱和模糊，彼此融為一體。我們不再看到電磁力的明確正面和弱力的反面，而是兩種力量的旋轉(zhuǎn)無面力量的統(tǒng)一體。
