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本帖被 xgch 执行加亮操作(2023-10-22)
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我们的宇宙到底是怎么来的？这是一个宇宙终极奥秘，或许我们永远也找不到最终的答案，但可以尝试尽可能接近真相。目前的主流科学界认为，宇宙诞生于138亿年前的一场大爆炸，这就是宇宙大爆炸理论。说的是，在138亿年前，一个体积无限小，密度温度无限高的奇点突然急剧膨胀，宇宙诞生了。大爆炸理论其实是一个假说，一开始甚至带有讽刺甚至开玩笑的味道，谁也想不到后来竟然成为诠释宇宙起源的主流理论。但不得不说，大爆炸理论这个假说虽然不够完美，但确实能解释很多大自然现象，更重要的是，有力的证据也支撑了宇宙大爆炸理论。比如说上世纪20年代哈勃发现的遥远星系的红移现象，让人类知道了宇宙原来一直在膨胀。还有后来发现的宇宙元素丰度，宇宙微波背景辐射等，都是宇宙大爆炸理论的有力证据。但是大爆炸理论也有瑕疵，有一个致命的瑕疵：那个奇点到底是一个什么样的存在方式？到底是怎么来的？相对论和量子力学是现代物理学大厦的两大基石，一个统治了宏观世界，另一个统治了微观世界。但不管是相对论还是量子力学，一旦遇到了奇点，都无能为力了。奇点，被认为是一个无限小的点，体积为零，这么小的一个东西，按道理讲应该属于量子力学范畴。但是在量子力学里，有最小的长度和时间单位，分别是普朗克长度和普朗克时间，两者被认为是有意义的最小长度单位和最小时间单位。虽然普朗克长度很短，只有大约10的负35次方米，但是再短也肯定比零要大，也不是无限小。按照量子力学的诠释，任何小于普朗克长度的单位都没有意义。而奇点的体积为零，意味着没有长度，当然在量子力学面前也就失去了意义。同时，奇点本身并没有时间和空间的概念，而在我们世界里，不管是宏观还是微观，都具有时间和空间概念。我们很难理解一个没有时间和空间概念的奇点。还有，奇点的体积无限小，温度密度无限高。“无限”是一个非常抽象很难直观描述的概念，而科学研究的对象往往都是具体的，可描述的。所以物理学一旦遇到“无限”的概念，往往都很头疼，因为无限只属于数学范畴里面的东西，严格来讲，数学并不属于科学。更重要的是，日常生活中，我们感知到的任何事物都是有限的，很难想象出一个无限的东西，不管是无限小还是无限大。在人类眼里，无限小就等同于不存在，一个“不存在”的奇点怎么能突然膨胀？更不可思议的是，一个无限小的奇点竟然能演化出如今我们看到的如此浩瀚的宇宙！退一万步讲，就算我们暂且不管奇点的存在方式，还有更大的问题：这个奇点到底是怎么来的？不可能凭空出现的吧？你还别说，宇宙大爆炸理论还真的认为奇点是“凭空出现的”。看到这里，你可能要骂街了：什么？一个东西竟然能凭空出现？这是见鬼了吧！即便奇点真的是凭空出现的，还会有问题：为什么会凭空出现？其实“宇宙大爆炸是凭空产生的”这种“无中生有”的观点，并不严谨，只是一种通俗的说法。更严谨来讲，大爆炸之前的宇宙是一种“混沌状态”，“量子混沌状态”。也就是说，在宇宙大爆炸之前，就已经有某种状态存在了，意味着有某种东西存在。正应了那句话“科学是没有尽头的”，这时候问题又来了，那种混沌状态到底是什么？某种东西又是什么？到底是如何产生的？如果一直追问下去，我们会发现永远找不到最终的答案，好像不知不觉中就走进了自己设定的“陷阱”里，永远走不出来。其实这时候已经不仅仅属于科学范畴了，还涉及哲学范畴。简单讲，任何问题只要一直追问下去，最终一定不会有答案，甚至会出现自相矛盾的结果。其实用“哥德尔不完全性定理”也能理解，简单理解就是，任何理论其实都是不完备的，也不能做到完全自洽。说白了任何理论最终都会出现矛盾，无法解释的结果。好像有点跑题了。回到正题：宇宙大爆炸之前的“混沌状态”到底是一个什么样的存在方式呢？我们需要用量子力学，准确地说是用“量子场论”来回答这个问题。上学时物理课上我们都学过，万物都是由最基本的粒子组成的，比如说电子，光子和夸克等。但是按照量子场论的诠释，这些基本粒子并非世界的基本形态，宇宙万物的基本形态其实是量子场，而所有的基本粒子都可以看作是不同的量子场化后的东西。通俗理解是这样的，一开始宇宙中就充满了各种场，这也就是刚才所说的“混沌状态”，这些场彼此交织在一起，而每一种场都会产生相应的基本粒子。比如说，光子对应的是电磁场，中微子对应的是中微子场，而电子对应的是电子场。按照标准粒子模型，如今我们知道的有62种基本粒子，那么就有62种不同的场。所有的这些场可以分为三大类，分别是：费米子场，媒介子场还有希格斯场。费米子场会产生基本粒子，比如说电子和夸克。媒介子场产生各种媒介，也就是传递相互作用力的媒介子，比如说光子和胶子等。而希格斯场产生希格斯粒子，也被称为“上帝粒子”，是质量的源泉。也就是说，场是比基本粒子更基本的存在状态。那么场到底是如何产生基本粒子的呢？按照量子场论，一开始所有的场都处于基态，也是最稳定的状态，其实就是我们平时所说的真空状态，这种状态下没有任何基本粒子。基态的场也有拥有能量的，只是最低的能量，但不是没有能量。但是我们的宇宙总是会随机出现能量波动的，因为不确定性总是存在的。当处于基态的场能量波动，就会转变成激发态，然后产生对应的基本粒子。不同的场会产生不同的粒子。也就是说，场的激发和退激，代表的就是粒子的产生和湮灭。同时不同的场之间还能进行能量交换，这个过程就会表现出某种物理现象。比如说，用量子场论就可以很好解释中子的衰变，中子通过β衰变可以变成质子，电荷还有反中微子。用量子场论解释就是，中子场从激发态退激到基态，这个过程会释放能量，这些能量会引起电子场，质子场和中微子场的激发，最终产生电子，质子还有反中微子。场的基态就像是波澜不惊的大海一样，非常平静。而受到能量波动的场会转换成激发态，就像是汹涌澎湃的大海，而基本粒子就像是大海中的浪花一样。量子场论的这种解释，可以是某种形式上的“无中生有”，当然这里的“无”并不是“什么都没有”。更重要的是，量子场论让科学家成功避免了“奇点”的出现，不用再去考虑那个让我们烦恼的无穷小的奇点了。而且从量子力学的角度来讲，这种诠释确实是合情合理的。量子场论中强调的场的基态和激发态的转变，其实就是我们常说的“量子涨落”，这种涨落是随机的，涨落就相当于平静的大海转变成汹涌澎湃的大海，基本粒子就是在涨落的过程中产生的。虽然量子涨落随机产生的是虚粒子对，而且虚粒子对衍生出来之后，会瞬间消失把能量归还给真空。但按照量子力学不确定性诠释，只要时间足够长，任何事情都可能发生，而且一定会发生。于是经过了足够长时间的某个瞬间，虚粒子对并没有发生湮灭，而是成功保留了下来，最终成为基本粒子。这个过程看上去违反了大自然法则，但其实不然。量子力学本来就完全颠覆了我们对大自然的认知，我们不能用传统思维方式衡量量子世界里面的故事。而且，在量子世界，是不存在时间概念的，所以“足够长的时间”也可能只是“一瞬间”！上世纪80年代，霍金等著名物理学家，就利用量子引力场论，也就是把广义相对论和量子力学结合起来的理论来探索宇宙起源问题，用“波函数”描述宇宙诞生瞬间的量子状态，然后运用费曼的路径积分方法计算出我们的宇宙诞生的概率。理论上讲，这种概率是非常低的，但无论多低，最终一定会发生的。按照这种观点，包括你我在内的宇宙万物，只不过是随机的“量子涨落”罢了，而且是非常大的涨落！我国古代哲学家老子，早在两千多年前就提出了“无中生有”的思想，认为“无中生有”才是宇宙的真相。他的《道德经》中有提到：天下万物生由于有，有生于无！这里的“有”像极了处于受到激发的场，而“无”更像是宇宙诞生之前的“混沌状态”，充满了处于基态的场。到这里，宇宙的诞生就讲完了。千万不要再纠结宇宙诞生之前的“混沌状态”，也就是“基态的场”是怎么来的，没有人能回答这样的问题，起码目前我们无法回答。刚才我也强调了，任何问题一旦穷其所问，最终一定会走进死胡同。这也是一种矛盾，我们明明知道不可能有最终的答案，但还是会去不断寻找世界的真相。这样的矛盾其实是无处不在的，或许世界的真相就是一个“矛盾体”！
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