截止目前為止,沒有科學家解釋清楚,為何宇宙來自於一場大霹靂,也沒有任何一個科學家能說清楚,在宇宙大霹靂前是什麽樣子?
是什麽樣的力量,把整個宇宙束縛成一個無限小的「奇異點」。又是什麽樣的力量,讓這個奇異點突然爆炸,誕生出今天的宇宙?那麽,在宇宙沒有爆炸前,如今的宇宙所處的空間是什麽樣子,裏面有沒有其他東西呢?
宇宙大霹靂理論的雛形
宇宙大霹靂理論是近幾十年才有的理論,在此之前,宇宙只是一個虛幻的概念,無垠的空間就是宇宙。
也從來沒有想過宇宙是如何誕生,也從來都沒有想過宇宙還會有年齡。直到上世紀著名的天文學家哈伯,在威爾森山天文台觀測星系的時候,發現一個有趣的現象,那就是遠處的星系都呈現出紅移現象,而那些靠近我們的星系,卻呈現出藍移現象。
根據他的推測,那麽宇宙並非一成不變,而是在膨脹的過程中。隨即他在1929年發表了自己的重大發現,這個發現驚動了當時著名的物理學家,也就是愛因史坦,他親自跑到天文台進行觀測,證實了哈伯的猜測,那就是各個星系都在遠離過程中。
根據哈伯數年時間的觀測,發現所有的星系的遠離的過程中,也就是說星系的原理並非是個別現象,那麽他就提出一個大膽的猜測,那就是整個宇宙都是在膨脹過程中。
根據他的觀測,總結出一些規律,星系的距離和其速度有一定的關系,用速度除以距離,就可以得出一個數位,雖然在計算過程中,存在一定的誤差,但總是與一個數位相近。這個數位後來被定為哈伯常數,也就是宇宙膨脹的速率。
既然宇宙是在膨脹,那麽進行反推的話,也就是把膨脹反過來,不斷地縮小,也將意味著所有的星系可能之前就在同一個地方。這也就是宇宙大霹靂的雛形,哈伯雖然推測到這一步,但為宇宙大霹靂理論奠定了基礎。
宇宙大霹靂理論的出現
有了哈伯的觀測,以及對宇宙反推的猜測,1946年伽莫夫正式提出了宇宙大霹靂理論,也就是如今人們熟悉的宇宙大霹靂。
根據反推的結果,推算出如今宇宙所有星系,包括所有的物質誕生的時間大約起始於138億年前,這也就是宇宙大霹靂的時間點。
宇宙大霹靂後,並不是一開始就產生了如今人們看到的樣子,那時候的宇宙間充滿了高能粒子,這些高能粒子之間發生劇烈碰撞,以至於無法讓它們形成穩定的結構。
隨著宇宙逐漸膨脹,以及溫度降低下來後,這些協大大量能的高能粒子才逐漸冷卻下來,運動也沒有那麽激烈,最終相互之間束縛在一起,形成了質子、中子和原子核。
然後原子核與電子結合在一起形成了原子,在原子交互作用力下聚集在一起形成了星雲。凝聚的星雲越來越多,就形成了恒星,形成了星系,慢慢演化,就變成如今的宇宙。從這我們可以看出,有點類似生命誕生的過程,都是從無序向有序的前進演化過程。
根據科學家的推算,在宇宙大霹靂時期,大體經歷如下幾個過程:
1、普朗克時期
這是宇宙在大霹靂後經歷的第一個時期,大概是宇宙大霹靂後的10^-43秒。在這個時期,宇宙剛剛大霹靂,溫度和密度都是極高,此時整個宇宙空間中充斥著巨大的能量和各種高能粒子,此時宇宙中的四種基本作用力統一在一起,被稱為電子核子力。
2、大統一時期
在經歷了第一個時期後,宇宙大霹靂就進入到第二個時期,大概是宇宙爆炸後的10^-36秒。在這一時期,強交互作用力和電弱作用力分離,重力從電子核子力分離出來,形成三種作用力。
3、電弱時期
這是大霹靂後的第三個時期,大概是宇宙大霹靂後的10^-12秒。在這一時期,前面說的電弱作用力進一步分離,分離成為:電磁力和弱交互作用力。這也就形成了如今的四種基本作用力。
4、誇克時期
這是大霹靂後第四個時期,大概是大霹靂後的10^-6秒。在這個時期,由於前面作用力的形成,讓高能粒子交互作用力下,形成誇克等基本粒子,隨後電子和微中子等也開始出現。
5、原子時期
這是大霹靂後第五個時期,持續時間大約是38萬年時間。在這段時間裏,基本粒子間交互作用,形成了質子、中子和原子核,隨後與電子在一起形成了原子。
這些原子經過大約1億年的聚集,形成了宇宙間的第一批恒星,這些恒星經過3億年的演化,第一個星系也誕生出來,然後經過100多億年的演化,就形成了今天人們看到宇宙的樣子。
宇宙大霹靂前的奇異點是如何形成的?
上面宇宙大霹靂理論雖然告訴我們宇宙大霹靂的時候充滿了各種能量和高能的粒子,但是這些粒子是從哪裏來的,卻沒有告訴我們,只是說宇宙誕生前是一個品質無限大、體積無限小的奇異點。
既然如此的話,那是否就說明在宇宙大霹靂之前,也就是奇異點之前,宇宙中是否還有其他的東西?只是宇宙的爆炸引發了連鎖反應,才會出現這樣的結果。
如今根據宇宙大霹靂理論反推的話,那麽宇宙最初的品質大約是10^-23公斤物質,而如今宇宙的品質是10^55公斤。如果從品質上來看,宇宙最初只有幾百個碳原子的品質,在大霹靂後,形成了如今的宇宙大小。
你可以想象一下,在你吹氣球前,氣球裏面實際上是由一些空氣,在你用用力吹氣的過程中,氣球不斷膨脹,體積也逐漸增大,一直吹到如今宇宙大小。
在這個過程中,根據愛因史坦的質能方程式式,能量與物質是可以相互轉換的,一些能量轉換成為物質,其品質也越來越大,而其中大部份的能量在宇宙大霹靂後,以不可見的方式,也就是暗能量,沒有形成任何物質,卻占據了宇宙主要的品質,它們或許無處不在,也是暗能量在推動宇宙的持續膨脹。
最後,科學家可以解釋大霹靂後產生的一些現象,而對於大霹靂是什麽樣子,卻無法解釋。奇異點又是怎麽來的呢?在奇異點爆炸之前的宇宙空間又是什麽樣的呢?是什麽力把奇異點束縛在一起?又是什麽樣的「力」導致這個基點爆炸?目前這些沒有一個科學家可以回答出來。
你認為在宇宙大霹靂前,宇宙應該是什麽樣子呢?