时间有起始点吗?
大爆炸真的是时间的起点吗?抑或宇宙在大爆炸之前就已经存在?如果在10年前提出这样的问题,那简直是对宇宙学大逆不道了;绝大多数
大爆炸真的是时间的起点吗?抑或宇宙在大爆炸之前就已经存在?如果在10年前提出这样的问题,那简直是对宇宙学大逆不道了;绝大多数宇宙学家会认为,思考大爆炸以前的时间,就像打听北极以北的地方在哪里一样。然而,理论物理学的发展,尤其是弦论的出现,大大改变了宇宙学家的视角,大爆炸前的宇宙已成了宇宙学的研究前沿。
探索大爆炸之前发生过什么的新思潮,其实只是数千年来的理性钟摆的最新一次摆动。几乎在每一种文明中,终极起源的问题都会让哲学家和神学家忙个没完没了。它所关怀的问题让人应接不暇,其中著名的一个出现在PaulGaugin(高更)1897年的名画中:我们从哪里来?我们是什么?我们往哪里去?这幅作品描绘了生老病死的轮回:每个人的起源、身份与宿命,而这份对个人的关怀,直接连系着宇宙的命运。人类可以寻根,追溯自身的血统,穿越世世代代,回到我们的动物祖先,再溯及生命的早期形式和初始生命,然后回到原生宇宙中合成的元素,再到更早期空间中的飘渺能量。我们的谱系树是否可以这样一直无休止地延伸下去呢?抑或它会终止于某处?宇宙是否也像人类一样,并非永恒的?
古希腊人曾就时间的起源有过激烈的争论。亚里斯多德主张无不能生有,而站在了时间没有起点的阵营。如果宇宙不能无中生有,那它过去必然是一直存在的。基于这些理论,时间必定是朝着过去和未来两端无限延伸。而基督教神学家则倾向于相反的观点。奥古斯丁坚决主张,神存在于空间和时间之外,而且创造了时空和整个世界。有人问道:神在创造这个世界之前在做什么?奥古斯丁答道:时间本身就是神创造的产物之一,所以根本就没有之前可言!
爱因斯坦的广义相对论,引导当代宇宙学家得出了几乎一样的结论。广义相对论认为,空间和时间是柔软可塑的实体。在大尺度上,空间本质上是动态的,会随时间而膨胀或收缩;它承载物质的方式,就像海浪承载浮物一样。1920年代,天文学家观测到遥远的星系正在彼此远离,从而证实宇宙正在膨胀。接着,物理学家StephenHawking(霍金)与RogerPenrose(彭若斯)在1960年代证明,时间不可能一直回溯下去。如果你把宇宙历史一直往回倒退,所有的星系终会挤到一个无穷小的点(称为即奇点)上,这与它们掉进黑洞的意思差不多。每个星系或其前身都被压缩到零尺寸,而密度、温度和时空曲率等物理量则变成无穷大。奇点就是宇宙万物的起点,超过这一界限,我们的宇宙谱系树就无法再往前延伸了。
宇宙是均匀的?
这个无法避免的奇点,给宇宙学家带来了令人不安的严重问题。特别是,奇点与宇宙在大尺度上所展示的高度均匀性及各向同性似乎有矛盾。由于宇宙在大尺度上到处都相同,因此在相距遥远的区域之间,必以某种方式传递信息,以协调彼此的性质。然而,这与旧的宇宙学规范相抵触。
具体来说,不妨想一下从宇宙微波背景辐射释放后,这137亿年来发生的事情:由于宇宙的膨胀,星系间距离增大了1000倍,而可观测宇宙的半径,则增大了10万倍之多(由于光速超过宇宙膨胀速度)。我们今天看到的宇宙,有很大一部分是我们在137亿年所看不到的。的确,在宇宙历史上,现在那些来自最遥远星系的光,还是第一次到达银河系。
尽管如此,银河系与那些遥远星系的性质,竟然基本上是一样的。这就好比你参加一个聚会,发现自己穿的衣服与十多位好友的一模一样。如果只有两人衣着相同,用巧合还可以解释得过去。可是如果十几个人衣着都相同,那八成是他们事先约好了。在宇宙学中,这个数字不是十几个,而是数万个这是全天域微波背景中的天区数量,它们彼此独立,但统计上却完全等同。
一种可能性是,这些空间区域诞生伊始便被赋予了相同的性质,换言之,均匀性只不过是个巧合。然而,物理学家想出了两种更自然的途径来摆脱僵局:让早期宇宙要么比标准宇宙小得多,要么老得多。任一条件(或者两者一起),都有可能实现各个空间区域之间的相互联系。(责任编辑:www.360gaokao.com)
特别说明:由于各方面情况的不断调整与变化,360高考网所提供的所有考试信息仅供参考,敬请考生以权威部门公布的正式信息为准。如有出入,欢迎大家予以指正!