创世大爆炸最初1刹那,发生了1个神奇现象,改变了人类的宇宙观

韩国有个音乐组合叫Big Bang,这个名字就来自我们宇宙最初诞生的大爆炸。

宇宙大爆炸并不是我们观测得到的结果,而是在上世纪20年代,有一位伟大的物理学家叫做亚历山大弗里德曼,他是前苏联人,他根据广义相对论推导出来的一个结果。

亚历山大弗里德曼的解,显示宇宙在膨胀,这个膨胀过程被美国的天文学家哈勃在1924年证实。把这个膨胀的过程沿着时间轴回溯138亿年,整个宇宙就会收缩到一个点上,这个就是大爆炸的起点。

亚历山大弗里德曼有一个学生,叫加莫夫,也是一个宇宙学家。整个大爆炸理论,就是这一对师徒大力推广的结果。

所以,广义相对论有两个最最著名的解,一个是天体演化学的解,就是黑洞的形成;另外一个就是Big Bang,就是本文要讨论的情况。

》在人类的物理学实验中,广义相对论经过了各种最严格的检验。

从爱丁顿爵士的星光弯曲检验,到最近的引力波检验,都无疑证明了广义相对论的精确和正确。实际上,在我们所有的理论里面,广义相对论的精确度是最高的。它的理论计算结果几乎无限制的和实验结果吻合。

我们每天用的GPS里面,包括我们国家的北斗全球定位导航系统,它里面最重要的一个功能不仅仅是定位,而且是授时。那么在宇宙空间中运行的卫星,根据广义相对论,弯曲的时空对时间会有影响。远离引力场的时候,时间会变快,而高速运动的时候,根据狭义相对论时间会变慢。所以我们现在的时间装置~原子钟,发出来的标准时间,是经过了狭义相对论和广义相对论双重校正的。

正因为广义相对论如此的精确,人们对这个理论相信程度非常的高。

》但是仍然有两项对于宇宙的观测数据和广义相对论计算出来的大爆炸成果有出入。

第一个是微波背景辐射在空间分布的均匀性,第2个是宇宙中的物质密度。

在正常情况下,包括原子弹的爆炸,超新星的爆炸,能量与质量的扩散强度,是和距离的二次方成反比,但是物质的密度却和距离的三次方成反比。这就导致了离爆炸中心点的物质密度大,而远离爆炸点中心物质密度小。

就比如飞机失事的时候,掉在地面的残骸,肯定是撞击点散落的最多,越远离撞击点,残骸的数量越少。

如果宇宙的中间的物质按照这个爆炸方式来分布,物质的密度是不均匀的。而且根据广义相对论的计算,宇宙空间中的物质密度,是平均每立方米10万个原子。而实际的密度是,每立方米只有一个原子。

虽然每立方米十万个原子也是极其稀疏的情况,但是如果把它放大到整个宇宙的尺度。星际间的物质就会非常的稠密。

》那么,在观测上会出现两个结果,第1个就是在微波背景辐射上不会出现均匀的分布;第2个就是宇宙之间的星系的距离会非常非常的近。

我们知道银河系是隶属于一个更大的星系群,被称为本星系群,其中银河系和相邻的仙女星系位于本星系群的中心。

现在仙女星系和银河系到底哪一个是老大还有争议,因为现在银河系深度观测表明银河系好像有越来越大的趋势,已经确认的事实是银河系比仙女星系质量要重。围绕在银河系和仙女星系外围,一共有包括大麦哲伦星云和小麦哲伦星云在内的50个星系,共同组成了一个直径1000万光年的星系团。而本星系团又隶属于一个超级星系团被称为室女座超级星系团,它的直径为1.1亿光年。

今年4月,科学家们所拍摄的m87黑洞,就在本超级星系团中心m87椭圆星系,距离地球约5000万光年。

如果按照广义相对论计算出来的成果,室女座超级星系团的直径要压缩到200万光年左右。我们夜晚整个的天空都会被巨大的星系所覆盖。这将是一种美丽又恐怖的景象。

最可怕的是,宇宙中对于地球威胁的那些现象,会被10万倍的放大。河外星系的超新星爆炸,伽马射线爆,都会杀死地球上的生命。频繁的灭绝事件,让整个地球在不停的重启,生命没有办法进行长期的演化和繁衍。

那么地球上经过了几十亿年的时间,还会是以单细胞简单生命的形式存在。

但是实际的天文观测发现这一切都并没有发生!宇宙中,在望远镜所能够观测到的深空间之内,物质分布的不均匀性少于1/10万。

》所以,宇宙看起来是如此的辽阔,如此的均匀,肯定在大爆炸之初发生了什么了不得的事件。

经过科学家的长期研究和探索,终于找到了广义相对论计算上的一个漏洞,那就是宇宙大爆炸最初的那一刹那,宇宙的膨胀不是按照大爆炸模式,而是用一种全新的被称为“暴涨”的模式。

这种爆炸模式允许在大爆炸之初,宇宙按照指数级的形式膨胀。

我们现在能够看到的表示宇宙大爆炸的图,就像下面这一张,看上去是一个钟型结构,而不是一个喇叭形的结构。

在时间的最起点那一段曲线是按照指数的形式增长,这就是“暴涨”!在“暴涨”结束以后,宇宙继续按照原来的大爆炸模式扩张,就形成了我们这个宇宙。

经过这样的理论修正以后,关于宇宙诞生的理论有了几乎是终极完美的表现,宇宙的观测结果与理论计算结果完全吻合。

》然而事情并没有就此结束,暴涨理论会导致刷新人类宇宙观的结果。

人类的宇宙观从人类文化刚刚诞生时期就有,但是科学的结果往往超出人类拥有的最丰富想象。

因为在暴涨的时候,扩张的速度实在是太快了。结果就导致,物质之间的联系被割裂,宇宙分裂成几乎无数个泡泡,每一个泡泡里面都是一个小宇宙。而我们的宇宙就是这些宇宙泡泡里的一个。这些宇宙泡泡据估算,最少有10的30次方个。

由于暴涨,宇宙温度下降的速度非常快,结果就是导致很多基本粒子来不及形成,温度就降到了阈值以下,这导致宇宙中只有一少部分是可见物质,其他的变成了暗能量和暗物质。

暴涨的结果,可以解释暗物质和暗能量的起源,虽然我们现在并不知道暗能量和暗物质到底是一个什么情况。

由于宇宙泡泡的产生,必然导致多元宇宙,于是平行宇宙有了理论依据。而多元宇宙的结果是当今主流的天体物理学家都认同的。这些重量级的人物有斯蒂芬霍金、彭罗斯(他有自己的多元宇宙学说)、吉普索恩(2017年诺贝尔奖得主,《星际穿越》科学顾问),以及出镜率很高的科普作家加来道雄等等。

》那么既然“暴涨”这么厉害,到底宇宙在最初的指数级“暴涨”过程中膨胀了多大呢?

答案是:宇宙在最初的“暴涨”过程中,从一个小于中子大小的尺寸膨胀到一个苹果的大小。

惊不惊喜,意不意外?这就是科学,这就是物理!

只要一个苹果大小的物理过程,就抹平了宇宙空间几百亿光年内所有的不均匀。这才有了我们如此辽阔而美丽的宇宙,这才有了我们人类!

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