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今天来聊一个全人类都感兴趣的故事,就是人类是怎么发现宇宙起源。你们知道宇宙诞生在什么时候吗?科学家告诉我们,宇宙诞生在138亿年以前,可是科学家是怎么算出如此精准的数字?他们又凭什么认为宇宙是以某种特定的形式方式诞生的? 今天就让我们来做一回侦探,一起看看这个惊天大案的侦破过程。 首先,大家好,我是小伟。先问大家一个问题,你们认为天上的星星在宇宙中的位置会不会发生变化?答案是会。因为有引力带动着这些星星做局部的运动,让卫星绕着行星转,行星又绕着恒星转。 接着我再问一个问题,你们认为装着这些星星的宇宙空间,这星空盒子它会不会动?它是静态的还是动态的,它会不会伸缩变大或缩小呢? 听到这里肯定有些人会很疑惑,为什么我要问这个问题,那宇宙的空间不就跟我们房间里的空间是一样的吗?怎么可能会变大或变小?所以答案肯定是不会动。但是这个直觉性的答案其实是错误的。宇宙的空间不仅会动,而且它还能不断的变大。 虽然目前没有人知道宇宙它到底有没有边界,但是能确定的是宇宙的空间尺寸,每一天都在不断的增大。我们可以把宇宙的空间想象成一颗超级大的气球,每分每秒都有人往里边不断的吹气,以至于宇宙的空间可以不断的变得更宽。这对于拥有固有空间概念的人来讲是非常难以理解的。毕竟连过往无数的科学家,如牛顿、爱因斯坦这样的牛人也认定了宇宙虽然可能是无限大的,但应该是安静不动的,它的空间应该是固定的。 这一个伟大的认知给谁推翻了?一个名为哈勃的年轻人,哈勃通过发现了红移现象,证实了宇宙在膨胀的事实。其实在哈勃推翻宇宙是静态之前,就有其他大牛通过理论计算推断了宇宙的空间必定是在膨胀的。这种观点遭到了人们直觉性的反对,加之一直苦于没有证据,就不了了之了。让我们来看一下哈勃发现的证据到底是什么。 1929年某一天晚上,哈勃心血来潮就跑去了美国的威尔逊天文台,使用当时最大的那个胡克望远镜,夜观星系。他观察着天上的这些星星,越观察他就觉得越不对劲。 远处的这些星系,光谱上的颜色怎么都在往红色端移动呢?而且距离越远的,他的红移量越大。 什么是红移?什么是蓝移?我先用一个不太严谨,但是通俗的方式让你们快速理解一下好吗? 先给大家看一下光谱上的颜色有什么?就是彩虹的颜色,红橙黄绿青蓝紫。如果一道光的颜色,它本来应该是在绿色区域的,但是它整体的颜色往红色端移动了,它本来应该是在绿色区域的,但是它整体的颜色往红色端移动了。 橙色
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有一个问题,从人类开始仰望星空的那一刻起,就被反复追问:宇宙诞生之前,是什么? 我们习惯用“之前”和“之后”定义一切。昨天在今天之前,今天在明天之前。出生在死亡之前,起因在结果之前。这种线性的时间观刻在每个人的脑子里,像呼吸一样自然。 但宇宙的真相可能让你彻底懵掉。 在某个节点之前,时间本身并不存在。没有“之前”,没有“之后”,没有流逝,没有先后。甚至连“存在”这个词,都可能用不上。 这个节点叫宇宙大爆炸。138亿年前,时间和空间同时诞生。而大爆炸“之前”,是一个没有意义的提问。 想理解这件事,必须先打破一个根深蒂固的错觉:时间不是永恒的舞台。 我们总以为宇宙诞生之前,时间就已经在那里了。像一间空屋子,静静等着演员登场。但爱因斯坦的广义相对论告诉我们,时间和空间不是分开的。它们缠绕在一起,构成一个整体——时空。 宇宙不是“在时间中诞生”的。宇宙的诞生,就是时间的诞生。没有宇宙,就没有承载时间的载体,也没有衡量时间的尺度。这就像问“南极点的南边是什么”。南极点已经是“南”的极限,再往南不存在。 宇宙大爆炸,就是时间的南极点。 霍金和彭罗斯的奇点定理,从数学上锁死了这个结论。 彭罗斯先证明了黑洞内部必然有一个奇点。在那个点上,时空曲率无限大,物质密度无限大,所有物理定律失效。时间在那里终结。 霍金把同样的逻辑推到整个宇宙。如果把宇宙演化反向追溯,所有星系的红移往回倒,所有物质往回缩,最终会汇聚到一个点——初始奇点。138亿年前,那个点发生剧烈膨胀,时空从此展开。 这意味着什么?意味着大爆炸之前的宇宙,不是“一片虚无”,而是一个物理规则全部失效的状态。没有时间,没有空间,没有物质,没有任何我们能理解的“存在形式”。我们熟悉的因果律、能量守恒、先后顺序,都是大爆炸之后才诞生的。 用大爆炸后的逻辑去问大爆炸前的问题,就像用尺子量声音的大小。维度错了。 有人会追问:那奇点是怎么来的? 这个问题,正好戳在人类认知的天花板上。那个天花板叫普朗克时间。 普朗克时间是量子力学和广义相对论共同定义的最小时间单位,数值是10的负43次方秒。大爆炸发生后第一个瞬间,就在这个尺度内。 在这个尺度里,出大事了。 广义相对论说时空会缩成奇点。量子力学说微观世界不可能有绝对的奇点,因为有不确定性原理。两个理论打起来了,而人类目前没有一套理论能调解它们。这意味着,在
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138亿年前,大爆炸炸出了整个宇宙。 但问题来了:它炸之前,那里是什么? 是一片漆黑?是虚空?还是什么都没有? 今天告诉你一个绝大多数人不知道的真相:大爆炸根本不是开始。 先问你一个问题:什么叫“空”? 你可能会说:把箱子里的空气全抽走,不就空了吗? 错。物理学家做过这个实验:把容器里所有东西抽走,温度降到接近绝对零度。理论上应该什么都没有了,对吧? 结果他们发现:里面还在动。 科学家管这叫“量子真空”。翻译成人话就是:宇宙的底层代码不允许“空”这个状态存在。你可以把物质移走,可以把温度降到最低,但你永远没法让一片空间真正安静下来。它会自己抖。 海森堡不确定性原理说:你没法同时精确知道能量和时间。时间越短,能量的波动就越剧烈。所以在极其短暂的瞬间,能量可以随便蹦跶。 这意味着什么? 意味着虚空根本不虚。你以为空荡荡的太空,其实每一立方厘米都在发生万亿次的粒子创生和湮灭。一个电子和一个正电子“啪”地出现,存在了不到一秒钟的万亿分之一,然后“砰”地相撞消失。 这是每时每刻都在你周围发生的事,只是你看不见。 更疯狂的是,这个永远不会安静的量子真空还有重量,会弯曲空间,甚至在推动整个宇宙加速膨胀。 1998年,天文学家观测遥远的超新星,本来想看看宇宙膨胀是不是在减速。结果数据出来,所有人都傻了——宇宙不是在减速,是在加速,越来越快。 有一股力量在把星系往外推。这股力量是什么?就是这个所谓“空无一物”的真空里藏着的能量。科学家给它起名叫“暗能量”,占了整个宇宙能量的68%。 你没听错:三分之二以上的宇宙,是“空”贡献的。 现在你应该明白了:我们讨论的“空”和你想象的完全不是一回事。它有能量,有压力,能推动星系,能决定宇宙的命运。 那么问题来了:如果“空”都不是真的空,大爆炸之前的那个状态又能是什么? 这里要讲一个颠覆认知的事实:大爆炸不是宇宙的开始,它是一场转换。 就像水烧开变成蒸汽——不是水消失了又突然冒出蒸汽,而是一种状态变成另一种状态。 大爆炸也一样。在那个高温高密度的火球出现之前,宇宙是冷的,是空的,只有真空能量。然后这个真空能量做了一件疯狂的事:它让空间以超过光速的速度膨胀。 物理定律说物体不能超光速,但空间本身可以。 想象你在吹一个气球。气球表面画了两个点,你吹得越快,这两点离得越远。如果你吹得够快,两点的距离增长速度
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