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第八章 宇宙的起源和命运(1 / 14)

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爱因斯坦广义相对论本身预言:时空在大爆炸奇点处开始,并会在大挤压奇点处(如果整个宇宙坍缩话)或在黑洞中个奇点处(如果个局部区域,譬如恒星要坍缩话)结束。任何抛进黑洞东西都会在奇点处被毁灭,只有它质量引力效应能继续在外面被感觉得到。另方面,当计入量子效应时,物体质量和能量会最终回到宇宙其余部分,黑洞和在它当中任何奇点道被蒸发掉并最终消失。量子力学对大爆炸和大挤压奇点也能有同样戏剧性效应吗?在宇宙极早或极晚期,当引力场是如此之强,以至于量子效应不能不考虑时,究竟会发生什?宇宙究竟是否有个开端或终结?如果有话,它们是什样子

整个70年代主要在研究黑洞,但在1981年参加在梵蒂冈由耶稣会组织宇宙学会议时,对于宇宙起源和命运问题兴趣重新被唤起。天主教会试图对科学问题立法,并宣布太阳是绕着地球运动时,对伽利略犯下大错误。几个世纪后现在,它决定邀请些专家就宇宙学问题提出建议。在会议尾声,所有参加者应邀出席教皇次演讲。他告诉们,在大爆炸之后宇宙演化是可以研究,但是们不应该去过问大爆炸本身,因为那是创生时刻,因而是上帝事务。那时候心中暗喜,他并不知道,刚在会议上作过演讲主题——时空是有限而无界可能性,就表明着没有开端、没有创生时刻。不想去分享伽利略厄运。对伽利略之所以有种强烈认同感,其部分原因是刚好出生于他死后300年!

解释和其他人关于量子力学如何影响宇宙起源和命运思想,必须首先按照“热大爆炸模型”来理解为大家所接受宇宙历史。它是假定从早到大爆炸时刻起宇宙就用弗利德曼模型描述。在此模型中,人们发现当宇宙膨胀时,其中任何物体或辐射都变得更凉。(当宇宙尺度大到二倍,它温度就降低到半。)由于温度即是粒子平均能量——或速度测度,宇宙变凉对于其中物质就会有较大效应。在非常高温度下,粒子会运动得如此之快,以至于能逃脱任何由核力或电磁力将它们吸引作用。但是可以预料,当它们变冷下来时,互相吸引粒子开始结块。更有甚者,连存在于宇宙中粒子种类也依赖于温度。在足够高温度下,粒子能量是如此之高,只要它们碰撞就会产生出来很多不同粒子/反粒子对——并且,虽然其中些粒子打到反粒子上去时会湮灭,但是它们产生得比湮灭得更快。然而,在更低温度下,碰撞粒子具有较小能量,粒子/反粒子对产生得不快,而湮灭则变得比产生更快。

就在大爆炸时,宇宙体积被认为是零,所以是无限热。但是,辐射温度随着宇宙膨胀而降低。大爆炸后1秒钟,温度降低到约为100亿度,这大约是太阳中心温度1千倍,亦即氢弹爆炸达到温度。此刻宇宙主要包含光子、电子和中微子(极轻粒子,它只受弱力和引力作用)和它们反粒子,还有些质子和中子。随着宇宙继续膨胀,温度继续降低,电子/反电子对在碰撞中

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