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66662月前
你有没有想过在宇宙诞生之前是什么样子?根据现代宇宙学中最前沿的大爆炸理论,我们的宇宙起源于大约一百三十八亿年前一场奇点大爆炸,并在此后不断膨胀,最终形成了如今的广阔空间和宇宙万物。也就是说,大爆炸标志着时间的起点,是所有一切的开始。而在宇宙诞生之前,所有的空间、时间、能量以及物质都被压缩在一个密度无限大的初始奇点之中。所谓的“爆炸”其实只是一种比喻,指的是从奇点开始的宇宙演化过程。 在大爆炸后的一瞬间,也就是10的-35秒至10的-33秒之间,宇宙的尺度突然增大了一百亿亿亿倍,相当于从一粒尘埃瞬间变成十个银河系这么大。这种超光速的急剧膨胀过程称为“暴胀”,它为后续一切的形成奠定了基础。 在大爆炸后的1秒,宇宙是一团炽热、不透明的粒子汤。随后的几分钟内,第一批化学元素在称为原初核合成的过程中形成。早期宇宙的温度极高且密度极大,在这种高温下还无法形成稳定的原子,光子不断被自由电子散射,导致它无法传播很远,以至于在最初的几十万年里,宇宙基本上处于“迷雾笼罩”的不透明状态。 随着膨胀的持续,宇宙会逐渐冷却,到大爆炸后38万年左右,宇宙的温度降至足以让电子与原子核结合,形成中性原子。这一时期被称为“原子时代”,一切都在被彻底改变。由于电子被束缚在原子内,光子第一次能够在空间中自由传播,原本的“迷雾”消散了,光芒开始在宇宙中闪耀。这些古老的光芒至今仍然以微弱的辐射形式存在宇宙之中,它们遍布整个宇宙的各个方向,经过数十亿年的膨胀,其波长被拉伸到微波范围,所以被称为“宇宙微波背景辐射”,简称CMB。它相当于早期宇宙的照片,通过观测这种背景辐射,我们就能看到宇宙在38万年时的样子。相对于如今的138亿年来说,那就是宇宙的婴儿时期,可以说CMB是宇宙大爆炸遗留下来的余温,是我们能观测到的最古老的光。 从20世纪60年代被发现以来,科学家利用卫星和望远镜对CMB进行了越来越精细的测量,它承载着非常丰富的信息。例如其中微小温差形成的斑点图案便是形成如今庞大宇宙网的原始种子。图案中那些密度稍大的区域在引力作用下坍缩,最终形成了星系和星系团。事实上,CMB就像宇宙结构的“蓝图”,展示了原始物质分布的状态,让我们了解了宇宙的组成和形状。 通过数十年的研究表明,构成恒星、行星以及我们自身的“普通物质”,仅占宇宙总质量的5%左右,其余部分则是68%的暗能量和27%的暗物质。值得注意的是,新
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66664周前
你身体里有一个比地球还古老的东西,它在46亿年前地球诞生之前就存在了,在太阳燃烧之前就存在了,甚至在银河系形成之前就存在了,它就是你血液里的氢原子。这些原子是138亿年前宇宙大爆炸后头3分钟被创造出来的,换句话说,你身体的一部分比所有恒星都要老。 但这里有一个让物理学家睡不着觉的问题,这些原子包括整个宇宙是从哪来的?答案会让你头皮发麻,他们来自"无",不是空旷,不是黑暗,而是连空和黑都不存在的绝对虚无。没有空间,没有时间,没有物质,甚至连没有本身都没有。 你现在闭上眼想象的那个漆黑画面,不好意思,那已经是有了,真正的无是人类大脑的禁区,想一秒就会宕机。但最诡异的事情来了,就是这个彻底的绝对的不可想象的"无",在某个根本不存在的瞬间,自己把自己炸了。没有导火索,没有外力,没有任何原因。 物理学家算出了一个让人脊背发凉的结论,无是不稳定的,它会自发的变成有,这意味着什么?意味着宇宙的诞生不是奇迹,而是必然。为什么无是不稳定的?这里面藏着一个你可能从没听过的物理学原理。 • 先教你一个概念海森堡不确定性原理,名字很吓人,但原理很简单。在微观世界里,你不可能同时精确知道一个粒子的位置和速度,你越想锁定它在哪,就越不知道它往哪跑,你越想知道它多快,就越找不到它在哪。这不是仪器不够精密的问题,这是宇宙的底层规则。就像你追踪一只蚊子,你要么能看清它在哪,要么能感觉它飞多快,但你不可能两个同时知道,得很精确。 • 记住这个原理,接下来的内容会让你恍然大悟。这个原理还有一个推论,你也不可能同时精确知道一个地方的能量和时间,这意味着什么?意味着如果时间足够短,能量可以凭空出现,不是变魔术,是物理定律允许的。只要这个能量存在的时间足够短,短到宇宙还来不及发现它违规了,它就可以合法存在。就像你从银行账户里偷偷转出100万,但在银行系统刷新之前又转回去了,账面上看,你从没动过这笔钱。这就是科学家说的量子涨落。 • 这怎么理解?你看过电影吧,电影是一帧一帧画面组成的,第一帧之前不是黑屏,是没有这部电影,你不能问第一帧之前演了什么,因为那就是起点,再往前没有内容了。宇宙的大爆炸就是时间的第一帧,问第一帧之前就像问一的前面是几,如果规定一就是起点,就没有前面。霍金用了一个更妙的比方,问宇宙之前是什么,就像站在南极点问再往南是哪,南极就是最南端了,再往南南这个方向就消失了。时间的起点就是宇宙的
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66661月前
科学家提出一个大胆的猜测:也许这些星系来自我们宇宙诞生之前的某个循环,也许大爆炸不是第一次,宇宙可能在经历无限次的诞生和死亡。这就引出了"循环宇宙"理论,宇宙会膨胀到极限,然后收缩回一个奇点,然后再次爆炸,如此往复循环。 如果这个理论是对的,那么"从无创造"这个问题本身就不存在了,因为宇宙从来没有真正的开始,它只是在永恒地循环。但这个理论有个致命的问题:每次循环都会增加宇宙的熵,熵是混乱度的度量,根据热力学第二定律,熵只能增加不能减少。 如果宇宙真的循环了无限次,那么现在的熵应该已经是无限大了,宇宙应该早就陷入热寂了,但事实并非如此。 那么时间到底是什么?牛顿认为时间是绝对的,像一条均匀流动的河流,无论发生什么,它都以恒定的速度流淌。但爱因斯坦用相对论彻底推翻了这个观念,时间是相对的,它会因为速度和引力而改变。 一个在接近光速飞行的宇航员,他的时间会比地球上的人慢得多,当他返回地球时,可能地球已经过了几百年,但他只觉得过了几个月。更极端的是,在黑洞的视界边缘,时间几乎停止了;如果你掉进黑洞,从外部观察者看来,你会永远冻结在那个瞬间,永远不会真正掉进去。 2023年中国科学院的一项研究发现,当粒子处于量子叠加态时,它们经历的时间可能是混乱的,甚至可能同时经历正向和反向的时间流动。这意味着在量子尺度上,过去、现在、未来可能是同时存在的,因果关系可能是模糊的。 有些物理学家甚至提出,时间可能根本不存在,它只是我们的大脑为了理解宇宙的变化而创造出来的幻觉。我们看到事物从有序走向无序,从低熵走向高熵,我们把这个过程标记为"时间的流逝",但在宇宙的基本方程中时间是完全对称的,正向和反向没有任何区别。 如果时间是幻觉,那么宇宙的"开始"也是幻觉吗?也许宇宙的所有时刻从大爆炸到宇宙的终结其实是同时存在的,我们只是像读书一样一页一页地"阅读"这个已经写好的故事,这个理论叫"块宇宙理论"。 整个时空像一块巨大的四维面包,过去、现在、未来都已经"在那里"了,我们的意识只是在这个面包上移动,创造出时间流逝的感觉。如果这是真的,那意味着你昨天做的每一个决定,甚至你现在正在做的决定其实早就已经"存在"在那个四维结构里了。 自由意志可能只是一个错觉,空间又是怎么诞生的?我们习惯认为空间是空的容器,物质在里面运动,但广义相对论告诉我们空间本身是可以弯曲的、可以拉伸的、可以被撕裂的
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66664天前
“你敢信吗?138亿年前,10的53次方公斤的物质突然从绝对虚无中炸开,能量守恒定律当场‘失效’,而这,就是我们宇宙的开端!” 一、宇宙诞生:从“无”到“有”的量子奇迹 按照经典物理定律,“什么都没有”的状态应永远保持“无”。但138亿年前,物理规则突然“失效”——没有导火索、甚至连空间都不存在的情况下,10的53次方公斤的物质凭空爆炸。霍金曾计算过,宇宙从“无”到“有”的概率仅为10的-120次方,相当于闭眼连中15万次彩票头奖! 更颠覆的是,科学家发现宇宙总正能量与总负能量之和为0。这意味着,宇宙可能是从“量子真空态”里“白嫖”出来的——2022年普林斯顿实验室证实,真空中粒子会凭空诞生又消失,我们的宇宙或许就是一次超级量子涨落的产物。 二、时间的“骗局”:大爆炸前无意义 当我们追问“宇宙诞生之前是什么”,其实陷入了一个逻辑陷阱——就像问“你出生之前在做什么”。爱因斯坦临终前的手稿揭示“时间根本不存在”,大爆炸是时空本身的起点,“之前”这个词在物理层面毫无意义。 三、宇宙的“信用卡”:能量的借贷游戏 把宇宙想象成一张信用卡,物质和辐射是“刷出来的钱”,而引力等则是“还款”。美国宇宙学家劳伦斯·克劳斯计算发现,宇宙总能量为0,它不需要任何“本金”就能“开张营业”。 这背后是量子力学的“时间漏洞”:根据海森堡不确定性原理,极短时间内能量可以“借用”——欧洲核子研究中心的实验证明,真空里时刻上演着这种“能量借贷”,我们脚下的地板此刻也在发生粒子的凭空生灭。 四、暴胀与暗能量:宇宙的“超速膨胀”之谜 宇宙大爆炸后10的-35次方秒内,体积暴涨了10的26次方倍,速度远超光速(但这并不违反相对论,因为是空间本身在膨胀,而非物质在空间中运动)。2013年普朗克卫星的观测完美验证了这一“暴胀理论”。 更让人抓狂的是“暗能量”——天文学家发现宇宙膨胀不仅没减速,反而在加速。这种未知力量占据了宇宙总能量的68%,我们对它的本质一无所知。 五、暗物质:宇宙的“隐形骨架” 1933年,天文学家发现星系团中星系的运动速度快得离谱,可见物质的引力根本拉不住它们。后续观测证实,宇宙中存在大量“看不见的物质”(暗物质),占总质量的27%。而我们能看到、摸到的普通物质,仅占5%——我们就像活在一个“95%都是黑暗”的巨大暗房里。 六、多重
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