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“大爆炸之前存在什么?”问题错在哪里?

问:“大爆炸之前存在什么?”这个提问究竟哪儿错了?我很早就被告知这个问题是没有意义的,但是我从没有听到有人给我解释为什么没有意义。

答:这个问题本身是没有任何问题的,当人们说这个问题没有意义,并不意味着这个问题很愚蠢,而是这个问题必须有一个假设——大爆炸前有时间概念的存在。

广义相对论——1927年,乔治·勒梅特根据广义相对论提出了大爆炸理论,当时还不叫这个名字——广义相对论指出时间和空间并不是相对独立的而是一体的。因此可以很容易的得出这个结论——空间不存在时间也不存在(当然,这让人很难理解)。在这个意义上上述的问题就有点类似问“北极的北方有什么?”。

圣托马斯·阿奎那(13世纪)认为时间也是上帝的造物之一,因此你如果要问在此(时间概念产生)之前有什么存在确实无法回答。对于他来说时间也是在上帝创造时间后才开始流动的。

       

     

但是上述观点并不是唯一的观点,甚至也不是正确的。事实上,如果我们让时间倒流,并根据广义相对论来推断,我们最终会到达时间概念诞生之前的第一站,即零点前10 - 42秒,也就是我们所知的普朗克时间,在这里需要将广义相对与论量子力学联系起来分析。但问题是广义相对论和量子力学并不能很好地结合在一起,所以我们实际上不能知道在这个时刻究竟发生了什么。

因此,在这个时候我们现有的物理学并不能帮助我们进行分析。我们需要新的理论来分析该时间的情况。至少,我们需要一个量子引力学用来分析,但这个理论还不存在。

       

     

因此,实际上回答“大爆炸之前存在什么?”这个问题的正确答案应该是“我们不知道”。我们可以委婉地说“大爆炸之前什么也没有是可能的”或者“我们可能有一些很有趣的假定,比如白洞,大坍塌,零耗能宇宙或者其他无数的有趣的假定”。又或者简单的说“我们不知道,因为暂时没有分析此时状态的理论工具。”

这就是这个问题的完整答案,而这个问题也是很合理的,没有任何问题。

完全合理的问题

但是问题变为“在大爆炸前“发生”了什么?(即探寻大爆炸之前的时间点)”就没有任何意义了,因为大爆炸前时间并不存在,因此大爆炸“前”这个时间点是不存在的。

       

     

如果问题变为在“大爆炸前有什么存在”,这就很有趣了,虽然我们无法分析发生了什么但是可以肯定在大爆炸前肯定有能量存在。为什么?因为能量无法凭空出现。

这让我们知道了最初的能量是什么,能量就是最初的存在,没有人去创造它,也没有其他的来源,是世界上最简单的物质。

现在,尝试着想象一个没有时间、空间、物质或引力存在,但只存在由无数能量组成的能量奇点,与我们熟知的量子类似。如果还要进一步了解,请继续读下去吧。

在大爆炸前有什么存在?

在大爆炸前,已经有能量存在。尝试着想象一个没有时间、空间、物质或引力存在,但只存在由无数能量组成的能量奇点,与我们熟知的量子类似。现在也有办法“观察”到这个在大爆炸前就存在并导致大爆炸产生的存在,即使我们的宇宙消失,它也始终在其原来的位置(我们现有宇宙的时空边缘)。

       

     

为什么宇宙学家并不认可大爆炸前宇宙就有某种存在?

用来观测大爆炸的实验仪器在大爆炸前并不存在。广义相对论认为空间、时间、质量、能量和引力在138亿年前的某一个时间点同时出现,但是整个理论无法解释在这个时间点前究竟存在什么。位于大爆炸前的事件被认为是不可观测的,因为信息都丢失了。即使面对这些障碍,宇宙学家对于宇宙是如何形成的并不是毫无头绪。他们猜想——宇宙可能是在不停的经历从诞生、崩溃到重生的循环,也有可能是永恒的膨胀带来的多重宇宙之一;亦或是位于更高维度空间(超维度空间)的宇宙在我们(四维时空)维度的投影;或者是零和宇宙中包含正能量的那个(当然也存在一个负能量宇宙),两个宇宙能量之和为0。

为什么物理学家不认为会存在一个只有纯粹能量的奇点呢?

物理学家往往只关心自己学科范围内的事务,他们也许认为物理学是凌驾于其他学科之上的高级科学,但他们忽视了另外两个“起源”难题是如何解决的。

       

     

进化论,已人尽皆知。

在19世纪的下半叶,科学第一次被“起源”之谜绊倒。一些英国生物学家面临着一个看似不可能的问题:当前的生命是自诞生以来就是如此模样,还是从其早期祖先进化而来的呢?最终他们找到了进化的证据,随着时间推移,一系列仅有略微不同生物的种类和数量慢慢增加最终变成今天地球上各种生物。目前科学证明现代生命的祖先就是单细胞生物。而在维多利亚时代,有两个人将这个理论与人类联系在了一起,将进化论推到了风口浪尖。难道我们也是从原始的动物进化而来?他说是的,并且写了一本书详细的解释了该问题。那关于生命如何出现的这个终极问题呢?在首个生命出现之前,只有一些普通的物质存在,因此达尔文认为在一个温暖、有光、有电的小池塘里,一些有机物通过自我组合形成了最初的生命。

       

     

这是一把解决所有“起源”问题的钥匙

达尔文向我们展示了如何在一系列完整的事件中如何发现不协调、不连续事实的能力。他研究新现象起源的方式就是观察其之前存在的、更简单的环境。按照该方法他两次都得到了正确的答案——人类是从非灵长类动物进化而来的,而生命则来源于由普通物质构成的无生命有机化合物。

问题切入点在哪儿?

进化论的发现启发我们去寻找一种结构简单、能够诞生宇宙的母体。它拥有以下特质:1) 如果我们能够用肉眼观察,它应该是完全黑暗的、但是又很明显可见的。2)构成它的物质应该很平凡,但是可以构成各种形状。

能量守恒定律

该定律明确能量不能被创造或消失,只能转移。按照该理论,宇宙的出现必然伴随着一些初始能量。能量是无形的,但是代表着真实的物理性质。就能量的总数来说,是不会受时间影响的——按照爱因斯坦时空一致性的理论,时间和空间都是连续时空的一部分,因此任何不受时间影响的事物同样也将不受空间的影响。能量无形且不受时间影响,但不妨碍它转化为其他事物,甚至变成实体的存在。

       

     

质能方程

爱因斯坦发现质量和能量的转换关系。最初,这只是一种理论分析的工具,后来实验物理学家发现了将该理论用于质量-能量转换的方法。原子弹和反应堆根据质能方程制造出来,通过损耗物质质量释放了大量的能量。另一方面,速度接近光速的质子在碰撞后产生的粒子质量比参加碰撞的质子总质量还多。更复杂的是,三维物质是由受限的光速运动的能量构成。

虚空能量.

在上世纪末,天文学家发现宇宙是不断在加速膨胀的。首次由爱因斯坦提出的一种“宇宙常数”,——一种低密度的“暗”能量是宇宙膨胀的原因。这也被称为空间能量、虚空能量或者真空能量。这是一个棘手的问题,因为在宇宙的持续膨胀过程中,所包含的空间会越来越大。从整个宇宙来看能量不再守恒,不断扩大的空间从未知的地方带来了更多的能量。

量子真空

量子力学是物理学中另一个重要的理论,他描述了原子、原子核、亚原子尺度的物理现象。这与广义相对论不一致,因为在广义相对论中无法解释量子效应。最典型的一个例子就是不确定性原理。量子场论认为真空是由不会消失的场填充着(该理论认为,所有的场处于基态时,定义为真空)。根据不确定性原理,没有办法精确知道场在空间中某一个点的值。如果这个空间点上没有粒子(能量为0),那么这个场在空间中这个点的值就能准确测量。真空中充斥着量子涨落和虚粒子的存在。

由于他们的存在,量子真空中存在正能量,甚至是无限大的正能量。与能量密度恒定的“暗”能量不同,量子领域中尺度越小真空能量密度越大,正如波长越短频率越高(频率与能量成正比)一样。从原子尺度到原子核尺度,再到原子核千分之一的尺度都代表着能量密度成数量级的几何倍增加。一般来说,物理学家将最小尺度限制在普朗克常量,因为在这个尺度的更小的区域,现有的所有理论均不成立。而在这个尺度,真空能量密度达到了10^112ergs/cm3,而暗能量密度为10^-8ergs/cm3。真空空间中的能量密度在原子尺度和量子尺度下相差了120个数量级。这种差距告诉物理学家这两种不同的真空并不是同一种现象。

       

     

能量奇点

能量奇点是在宇宙中一个无限小空间上其四周极厚的能量屏障,其密度远大于物质。这个奇点在时空形成前就存在,因此在其中没有时间和空间概念。这就是“大爆炸前”存在的东西。由于引力是时空的一种几何性质,因此奇点虽然有着巨大的能量,但是不会对我们的宇宙产生任何的引力影响。

从能量奇点中诞生的宇宙

能量奇点诞生宇宙的第一步是创造时空:在没有维度的奇点“内部”出现一个高维度的气泡、薄膜,在如“量子涨落”等因素的自发驱动下,膨胀为一个假真空。随之而来的就是简单的能量向新媒介中传播。在没有空间的情况下,量子相互聚合形成了64种已知的基本粒子。在后续的时空现象影响下量子进一步的结合在一起形成了我们所知的三维物质。

       

     

量子现象和无人知晓的原因

最基本的物质结构不可能无中生有,也不可能消失不见。今天我们可以确认的是,宇宙绝大部分的物质最基本的组成部分是由大爆炸产生的。通过仔细观察最小的物质块——基本粒子、原子和分子——物理学家已经“看到”它们“溶解”成波。粒子可以在某种相互作用后重新出现,通常是与宏观物体的碰撞,这一事件可以被称为“测量”。这个过程中的大部分实际上是无法被观察到的;这些波是用数学模型表示的,而且有充足的证据表明它们是“概率波”——一种数学形式对非物理层面的描述,最多存在于现实的一种特殊状态中。这导致我们在分析这种特殊状态时会面临麻烦,因为处于四维时空中的人类思维方式并不能力理解这种缺乏时间和空间的特殊状态。

违背常理的量子现象

量子现象的通俗解释有如下的例证:量子态的物质以多个状态的叠加而存在;它们可以同时出现在多个地方。原子中的电子可以从一个地方跳跃到另一个地方而不需要经过两个位置间的空间。量子态的物质可以穿过屏障。如果一个人想知道一个粒子的精确位置,那么他就不能知道它的精确动量,反之亦然。量子态的物质从A点移动到B点会同时经过所有的可能路径。纠缠的粒子可以在空间中瞬间相互作用。没有人能够在不干扰对象的情况下去观测它。在这些例子中,空间、时间和物质的概念被打破了。原因是量子态的物质缺乏空间——因此缺乏传统的物质特性——无论该量子态的物质在空间还是在物质实体中。测量过程中,观测活动将会对观测对象施加碰撞或阻碍等干扰,此时被观测对象将表现出奇怪的现象。根据干扰的类型,他们将展现出波或者粒子的特性。此时用经典的标准来衡量它们的全部性质,就好像它们是真正的粒子一样,当然这是不可能的。

       

     

量子力学中概率的起源.

量子理论——其数学表达方式表明,单个相互作用的结果是不能被预测的,比如不能预测单个电子发射到屏幕上之后,它将会在哪个位置。相反,只能提供一个可能结果的概率。概率的预测分布只有在多次进行相同的实验之后才会出现。为什么呢?因为一个存在于非空间球体中的“非物体”并不与存在空间和时间中的物体存在一一的对应关系。

就像一只黑暗中向我们摆着造型的猫咪,有可能坐着也有可能站着。它可以舔右爪,也可以舔左爪。它可以面向我们,向我们展示它的一侧或者露出尾巴。所有这些都是猫的可能性。假设现在我们有了一盏灯但只能打开一瞬间,每当我们打开的时候,它都能让我们看一眼猫。在任何情况下,我们都不能准确的预测下一眼我们看到的猫咪是何姿势,但我们知道结果总是上述可能性中的一种。猫的许多种姿势——它的所有的形状或结构——只有在多次“一瞬间”的观测并汇总之后才会显现出来。

       

     

量子纠缠

量子纠缠现象特别能说明一个无空间属性的物质在时空中的行为。如果两个电子的性质取决于对方,那么它们就会纠缠在一起——这对电子具有相同的波函数。例如,如果一个是“自旋向上”的状态,另一个将拥有另一个“自旋向下”的状态。当它们未被干扰(观测)时,它们应该同时处于这两种状态的叠加状态——实际上是一种与空间特征无关的非物理状态。现在如果把两个电子向两个相反方向发射,假如观测干扰导致其中一个电子为自旋向下的状态,那么另一个电子将肯定为自旋向上。换句话说两个电子之间存在某种即时的联系。为什么?因为他们这种联系是超越空间存在的,不受空间距离的影响。

结论。四个奇点:能量奇点、宇宙、生命和人类。

生物学家使用“奇点”一词来指单一或独特的事件或性质,例如,生命史上的里程碑。从更广阔的角度来说,西班牙生物化学家胡安·奥罗认为世界上有三大奇点:宇宙、生命和人类。这种说法的问题在于,有两种相互矛盾的物理理论在竞相描述奥罗的第一个奇点——宇宙。要解决这个难题,首先需要理解宇宙起源问题与达尔文所解决的其他两个问题属于同一范畴。通过分析更为简单问题的解决原理,那么更复杂同类型问题就很容易解决了。接下来的问题是,这样一个没有空间和时间的物资如何融入现在科学的框架中。要理解它与量子力学中各种匪夷所思之处的关系是很困难的。目前的工作刚开始时是与物理学毫无关系。它的目的是设计出一种通向第四奇点——人类历史——的科学的方法,但那是另一个故事。

作者: quora

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