本文发表在 rolia.net 枫下论坛《新科学家》记者阿曼达·杰夫特曾写到:“宇宙很大,真的很大。”如果我们的宇宙大爆炸理论是正确的,那么,以前的宇宙会比现在小。确实,在某点上,宇宙甚至并不存在。大约137亿年前,时间和空间同时从“空”中产生。那么,这一切是如何发生的呢?
或者,换句话说,万事万物为什么会存在呢?这是一个大问题,或许是最大的问题。宇宙从虚无中产生这个观点本身就让人头大,想象一下什么是虚无或许更让人崩溃。
然而,从科学的角度而言,这也是一个合乎情理的问题。毕竟,有些基本的物理学法则认为,在很大程度上,你和宇宙中其他事物存在的可能性微乎其微。热力学第 二定律是现有的最被接受的物理学法则之一。该法则认为,熵(entropy,指体系的混乱程度,在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重 要应用)一直在增加。
科学家们用熵作为衡量指标,来测量不改变系统外观的情况下,系统的各组成部分可采用几种方式来排列。排列方式越多,熵越高;反之,越低。例如,一个热气中 的分子可以采用多种不同的排列方式制造出同样的温度和压力,因此,该气体就是一个高熵系统。相反,人们无法在不将一个活体生物变成一个非活体生物的情况 下,对该活体生物的分子进行重排,因此,该活体生物是一个低熵系统。
按照同样的逻辑,虚无是我们周围最大的熵系统。人们能随心所欲地对其进行洗牌,并且,它仍然看起来是虚无。
鉴于这一法则,很难观察到虚无是如何变成某些事物的,更不用说变成像宇宙那么庞大的事物了。但是,熵只是宇宙故事的一部分。对称性也和宇宙故事脱不了干 系。自从宇宙诞生伊始,对称性的影响力似乎与日俱增。虚无的对称性就非常好,诺贝尔奖获得者、麻省理工学院的物理学家弗朗克·韦尔切克表示:“虚无是完全 对称的。”
然而,在过去几十年中,科学家们已经知道,对称性是可以打破的。韦尔切克的专业是量子色动力学,这是一个描述夸克之间强相互作用的标准动力学理论,它是粒 子物理标准模型的一个组成部分。该理论告诉我们,虚无是事物的不稳定状态。“你能够制造出一个没有夸克和反夸克粒子在其中的状态,它是完全不稳定的。”韦 尔切克说,“它会自发地开始产生夸克—反夸克对。”美国科罗拉多州立大学的物理学家维克托·斯坦格表示,因此,虚无完美的对称性被破坏了,这会产生一个意 想不到的结论:尽管存在熵,有是比虚无更加自然的状态。
英国牛津大学的量子物理学家弗兰克·克洛斯也同意这个观点,他表示,根据量子理论,不存在“空”这一状态。“空”有精确的初始能量,对不确定的量子世界来 说,“空”是一个非常苛刻的要素。相反,真空实际上充满了滚烫的粒子汤,它们在存在之间进进出出。从这个意义而言,包括你、我、月球以及我们宇宙中所有的 一切事物都由量子真空受激而产生。
宇宙的起源还有其他解释吗?韦尔切克表示,恐怕没有了,他说:“虚无和充满了各种物质的宇宙之间毫无障碍。”或许,大爆炸是虚无顺其自然的产物。
当然,这也提出了一个问题,大爆炸之前有什么呢?大爆炸持续了多长时间呢?不幸的是,在这点上,基本概念让我们灰头土脸:“以前” 这个概念变得毫无意义。用史蒂芬·霍金的话来说,这些问题就像问南极之南是什么一样。
即便如此,有来自于虚无这一想法可能会引发一个更令人抓耳挠腮的后果,那就是:或许虚无本身就不可能存在。
为什么这么说呢?量子不确定性使时间和能量之间达到了平衡,因此,持续时间很长的事物拥有的能量一定很少。这就可以解释一个问题:我们的宇宙持续了数十亿 年——在这么长的时间内,星系得以形成,生命进化为能对其存在性进行提问的双足动物,因此,宇宙的总能量一定很低。
这也符合人们对早期宇宙的普遍认识:大爆炸之后,时空经历了一个突如其来的膨胀。这短时期的迅猛膨胀——暴胀为宇宙填充了巨大的能量。但是,爱因斯坦的广 义相对论告诉我们,更多的时间—空间也意味引力更大。引力产生的拉力代表让宇宙膨胀的负能量,其能抵消暴胀产生的正能量——宇宙从虚无中产生,这种正能量 不可或缺。麻省理工学院的宇宙学家阿兰·古斯表示:“我想要说的是,宇宙是最后的免费午餐。”古斯于30年前提出了暴胀理论。
过去,物理学家们担心,万事万物从虚无中产生会违背很多物理学法则,比如能量守恒定律。但是,如果存在着初始能量来使其守恒,问题自然烟消云散。并且,从虚无中产生一个宇宙不仅变得似乎可行,而且还是可能的。古斯说:“可能更好的表达方式是,有即是无。”
然而,上述种种解释还是无法让我们摆脱困境。我们对于宇宙万物生成的理解依赖物理学法则的合理性,尤其依赖量子不确定性的合理性。但是,那意味着,在宇宙 存在之前,物理学法则就已经被编织入宇宙的“衣料”中。那么,物理学法则如何能超出时空而毫无理由地存在呢?或者,换句话说,为什么有一些不是虚无的事物 事先就存在呢?更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
或者,换句话说,万事万物为什么会存在呢?这是一个大问题,或许是最大的问题。宇宙从虚无中产生这个观点本身就让人头大,想象一下什么是虚无或许更让人崩溃。
然而,从科学的角度而言,这也是一个合乎情理的问题。毕竟,有些基本的物理学法则认为,在很大程度上,你和宇宙中其他事物存在的可能性微乎其微。热力学第 二定律是现有的最被接受的物理学法则之一。该法则认为,熵(entropy,指体系的混乱程度,在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重 要应用)一直在增加。
科学家们用熵作为衡量指标,来测量不改变系统外观的情况下,系统的各组成部分可采用几种方式来排列。排列方式越多,熵越高;反之,越低。例如,一个热气中 的分子可以采用多种不同的排列方式制造出同样的温度和压力,因此,该气体就是一个高熵系统。相反,人们无法在不将一个活体生物变成一个非活体生物的情况 下,对该活体生物的分子进行重排,因此,该活体生物是一个低熵系统。
按照同样的逻辑,虚无是我们周围最大的熵系统。人们能随心所欲地对其进行洗牌,并且,它仍然看起来是虚无。
鉴于这一法则,很难观察到虚无是如何变成某些事物的,更不用说变成像宇宙那么庞大的事物了。但是,熵只是宇宙故事的一部分。对称性也和宇宙故事脱不了干 系。自从宇宙诞生伊始,对称性的影响力似乎与日俱增。虚无的对称性就非常好,诺贝尔奖获得者、麻省理工学院的物理学家弗朗克·韦尔切克表示:“虚无是完全 对称的。”
然而,在过去几十年中,科学家们已经知道,对称性是可以打破的。韦尔切克的专业是量子色动力学,这是一个描述夸克之间强相互作用的标准动力学理论,它是粒 子物理标准模型的一个组成部分。该理论告诉我们,虚无是事物的不稳定状态。“你能够制造出一个没有夸克和反夸克粒子在其中的状态,它是完全不稳定的。”韦 尔切克说,“它会自发地开始产生夸克—反夸克对。”美国科罗拉多州立大学的物理学家维克托·斯坦格表示,因此,虚无完美的对称性被破坏了,这会产生一个意 想不到的结论:尽管存在熵,有是比虚无更加自然的状态。
英国牛津大学的量子物理学家弗兰克·克洛斯也同意这个观点,他表示,根据量子理论,不存在“空”这一状态。“空”有精确的初始能量,对不确定的量子世界来 说,“空”是一个非常苛刻的要素。相反,真空实际上充满了滚烫的粒子汤,它们在存在之间进进出出。从这个意义而言,包括你、我、月球以及我们宇宙中所有的 一切事物都由量子真空受激而产生。
宇宙的起源还有其他解释吗?韦尔切克表示,恐怕没有了,他说:“虚无和充满了各种物质的宇宙之间毫无障碍。”或许,大爆炸是虚无顺其自然的产物。
当然,这也提出了一个问题,大爆炸之前有什么呢?大爆炸持续了多长时间呢?不幸的是,在这点上,基本概念让我们灰头土脸:“以前” 这个概念变得毫无意义。用史蒂芬·霍金的话来说,这些问题就像问南极之南是什么一样。
即便如此,有来自于虚无这一想法可能会引发一个更令人抓耳挠腮的后果,那就是:或许虚无本身就不可能存在。
为什么这么说呢?量子不确定性使时间和能量之间达到了平衡,因此,持续时间很长的事物拥有的能量一定很少。这就可以解释一个问题:我们的宇宙持续了数十亿 年——在这么长的时间内,星系得以形成,生命进化为能对其存在性进行提问的双足动物,因此,宇宙的总能量一定很低。
这也符合人们对早期宇宙的普遍认识:大爆炸之后,时空经历了一个突如其来的膨胀。这短时期的迅猛膨胀——暴胀为宇宙填充了巨大的能量。但是,爱因斯坦的广 义相对论告诉我们,更多的时间—空间也意味引力更大。引力产生的拉力代表让宇宙膨胀的负能量,其能抵消暴胀产生的正能量——宇宙从虚无中产生,这种正能量 不可或缺。麻省理工学院的宇宙学家阿兰·古斯表示:“我想要说的是,宇宙是最后的免费午餐。”古斯于30年前提出了暴胀理论。
过去,物理学家们担心,万事万物从虚无中产生会违背很多物理学法则,比如能量守恒定律。但是,如果存在着初始能量来使其守恒,问题自然烟消云散。并且,从虚无中产生一个宇宙不仅变得似乎可行,而且还是可能的。古斯说:“可能更好的表达方式是,有即是无。”
然而,上述种种解释还是无法让我们摆脱困境。我们对于宇宙万物生成的理解依赖物理学法则的合理性,尤其依赖量子不确定性的合理性。但是,那意味着,在宇宙 存在之前,物理学法则就已经被编织入宇宙的“衣料”中。那么,物理学法则如何能超出时空而毫无理由地存在呢?或者,换句话说,为什么有一些不是虚无的事物 事先就存在呢?更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net