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宇宙是怎样来的
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宇宙是怎样来的?
宇宙是怎样来的?
在宇宙的开端,在时空诞生后的最初30万年里,宇宙是不透明的.随着质子和电子互相结合成原子,辐射就可以自由的通过了,于是就形成了一个可观测的宇宙.但是如果我们回到大爆炸的时候并假设宇宙的所有物质和能量都集中在一个相当稠密的小球中,这个小球非常热,它发生爆炸形成了宇宙,那么这个小球是从哪来的呢?它是怎么形成的呢?我们一定要假设在这一阶段里有超自然创造吗?不一定,科学家们在1920 年推出了一门叫量子力学的学科,它太复杂了以至于我们无法在这里解释它.这是一个非常成功的理论,它恰当地解释了其他理论无法解释的现象,而且还可以预测新现象,所预测的新现象和实际上发生的完全相同.1980 年,一个美国物理学家阿兰·古司开始用量子力学研究了有关大爆炸起源的问题.我们可以假想在大爆炸发生以前,宇宙是一个巨大的发光的海,里面什么都不存在.很明显这种描述是不准确的,这些不存在包含着能量,所以它不是真空,因为按定义真空里应该什么都没有.前宇宙含有能量,但它的所有组成部分和真空的成分相似,所以它被叫做假真空.在这个假真空里,一个微小的质点存在于有能量的地方,它是通过无规律变化的无目的的力量形成的.事实上,我们可以把这个发光的假真空想象成一个泡沫状的泡泡团,它可以在这儿或在那儿产生一小片存在物,就像海浪产生的泡沫一样.这些存在物中有的很快就消失了,回归到假真空；而有的正相反变得很大或者经过大爆炸形成像宇宙那样的物体.我们就住在这样一个成功存在下来的泡泡里.但是这个模型有很多问题,科学家们一直在弥补和解决它们.如果他们解决了这个问题,我们会不会有一个更好的观点来解释宇宙从何而来呢?当然,如果古司理论的一部分是正确的,我们可以简单地往回走一步问假真空的能量最初是从哪来的.这个我们说不出来,但这并不能帮助我们证实超自然物质的存在,因为我们还可以再往回走一步问超自然物质是从哪来.这个问题的答案令人震惊,即“它不来自任何地方,它总是这样存在的”.这是很难想象的,也许我们得说假真空中的能量也是从来都这样存在的
现代宇宙系中最有影响的一种学说，又称大爆炸宇宙学。与其他宇宙模型相比，它能说明较多的观测事实。它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化历程。在这个时期里，宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀，使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点，大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期，温度极高，在100亿度以上。物质密度也相当大，整个宇宙体系达...
宇宙是广漠空间和其中存在的各种天体以及弥漫物质的总称。 宇宙是物质世界，它处于不断的运动和发展中。《淮南子·原道训》 注：“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地万物的总称。千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天，科学家们才确信，宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前，宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起，并浓缩成很小的体积，温度极高...宇宙是怎么来的或是怎么形成的?宇宙是什么?是怎么形成的为什么宇宙被称之为宇宙_百度作业帮
宇宙是怎么来的或是怎么形成的?宇宙是什么?是怎么形成的为什么宇宙被称之为宇宙
宇宙是什么?是怎么形成的为什么宇宙被称之为宇宙
关于宇宙是如何起源的?空间和时间的本质是什么?这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题.经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲,宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辨,而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学. 直到20世纪,出现了两种“宇宙模型”比较有影响.一是 稳态理论 ,一是 大爆炸理论 .20世纪20年代后期,爱德温·哈勃发现了红移现象,说明宇宙正在膨胀.20世纪60年代中期,阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）发现了“ 宇宙微波背景辐射 ”.这两个发现给大爆炸理论以有力的支持.现在,大爆炸理论广泛地为人们所接受.关于宇宙是如何起源的?空间和时间的本质是什么?这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题.经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲,宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辨,而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学. 宇宙大爆炸： 现代宇宙系当中最有影响的一种学说,又称大爆炸宇宙学.与其他宇宙模型相比,它能说明较多的观测事实.它的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化历程.在这个时期里,宇宙体系并不是静止的,而是在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化.这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发.根据大爆炸宇宙学的观点,大爆炸的整个过程是：在宇宙的早期,温度极高,在100亿度以上.物质密度也相当大,整个宇宙体系达到平衡.宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质.但是因为整个体系在不断膨胀,结果温度很快下降.当温度降到10亿度左右时,中子开始失去自由存在的条件,它要么发生衰变,要么与质子结合成重氢、氦等元素；化学元素就是从这一时期开始形成的.温度进一步下降到100万度后,早期形成化学元素的过程结束（见元素合成理论）.宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核.当温度降到几千度时,辐射减退,宇宙间主要是气态物质,气体逐渐凝聚成气云,再进一步形成各种各样的恒星体系,成为我们今天看到的宇宙.大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实： （1）大爆炸理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年.各种天体年龄的测量证明了这一点. （2）观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比.如果用多普勒效应来解释,那么红移就是宇宙膨胀的反映. （3）在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%.用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦.而根据大爆炸理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高,则可以说明这一事实. （4）根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等,可以具体计算宇宙每一历史时期的温度.大爆炸理论的创始人之一伽莫夫曾预言,今天的宇宙已经很冷,只有绝对温度几度.1965年,果然在微波波段上探测到具有热辐射谱的微波背景辐射,温度约为3K. 大爆炸理论认为,宇宙起源于一个单独的无维度的点,即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点.至少是在120～150亿年以前,宇宙及空间本身由这个点爆炸形成. 目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的,他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“ 宇宙蛋 ”里,在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片,形成了今天的宇宙.1948年,俄裔美籍物理学家伽莫夫等人,又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后,经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像.但是该理论存在许多使人迷惑之处. 宏观宇宙是相对无限延伸的.“ 大爆炸宇宙论 ”关于宇宙当初仅仅是一个点,而它周围却是一片空白,即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测.况且从能量与质量的正比关系考虑,一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢? 人类把地球绕太阳转一圈确定为衡量时间的标准——年.但宇宙中所有天体的运动速度都是不同的,在宇宙范围,时间没有 衡量标准 .譬如地球上东西南北的方向概念在宇宙范围就没有任何意义.既然年的概念对宇宙而言并不存在,大爆炸宇宙论又如何用年的概念去推算宇宙的确切年龄呢? 1929年,美国天文学家哈勃提出了星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说.哈勃定律只是说明了距离地球越远的星系运动速度越快--星系红移量与星系距离呈正比关系.但他没能发现很重要的另一点--星系红移量与星系质量也呈正比关系. 宇宙中星系间距离非常非常遥远,光线传播因空间物质的吸收、阻挡会逐渐减弱,那些运动速度越快的星系就是质量越大的星系.质量大,能量辐射就强,因此我们观察到的红移量极大的星系,当然是质量极大的星系.这就是被称作“类星体”的遥远星系因质量巨大而红移量巨大的原因.另外那些质量小、能量辐射弱的星系（除极少数距银河系很近的星系,如大、小麦哲伦星系外）则很难观察到,于是我们现在看到的星系大多呈红移.而银河系内的恒星由于距地球近,大小恒星都能看到,所以恒星的红移紫移数量大致相等. 导致星系红移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心按圆形轨迹运动的,不是像大爆炸宇宙论描述的从一个中心向四周作放射状的直线运动.因此,从地球看到的紫移星系范围很窄,数量极少,只能是与银河系同一方向运动的,前方比银河系小的星系；后方比银河系大的星系.只有将来研制出更高分辨程度的天文观测仪器才能看到更多的紫移星系. 宇宙中的物质分布出现不平衡时,局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化,但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变.仅凭从地球角度观测到的部分（不是全部）可见星系与地球之间距离的远近变化,不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩.就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象并不说明海水总量是在增加或减少一样. 1994年,美国卡内基研究所的弗里德曼等人,用估计宇宙膨胀速率的办法计算宇宙年龄时,得出一个80～120亿年的年龄计算值.然而根据对恒星光谱的分析,宇宙中最古老的恒星年龄为140～160亿年.恒星的年龄倒比宇宙的年龄大. 1964年,美国工程师彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射,是因为布满宇宙空间的各种物质相互之间能量传递产生的效果.宇宙中的物质辐射是时刻存在的,3K或5K的温度值也只是人类根据自己判断设计的一种衡量标准.这种能量辐射现象只能说明宇宙中的物质由于引力作用,在大尺度空间整体分布的相对均匀性和星际空间里确实存在大量我们目前还观测不到的“暗物质”. 至于大爆炸宇宙论中的 氦丰度问题 ,氦元素原本就是宇宙中存在的仅次于氢元素的数量极丰富的原子结构,它在空间的百分比含量和其它元素的百分比含量同样都属于物质结构分布规律中很平常的物理现象.在宇宙大尺度范围中,不仅氦元素的丰度相似,其余的氢、氧……元素的丰度也都是相似的.而且,各种元素是随不同的温度、环境而不断互相变换的,并不是始终保持一副面孔,所以微波背景辐射和氦丰度与宇宙的起源之间看不出有任何必然的联系. 大爆炸宇宙论面临的难题还有,如果宇宙无限膨胀下去,最后的结局如何呢?德国物理学家克劳修斯指出,能量从非均匀分布到均匀分布的那种变化过程,适用于宇宙间的一切能量形式和一切事件,在任何给定物体中有一个基于其总能量与温度之比的物理量,他把这个物理量取名为“熵”,孤立系统中的“熵”永远趋于增大.但在宇宙中总会有高“熵”和低“熵”的区域,不可能出现绝对均匀的状态.所以,那种认为由于“熵”水平的不断升高而达到最大值时,宇宙就会进入一片死寂的永恒状态,最终“热寂”而亡的结局,是把我们现在可观测到的一部分宇宙范围当作整个宇宙的误识. 说的明确一些,当宇宙膨胀到一定程度,所有星系行星会疏离,分子分解至夸克,而至更小.整个宇宙继续膨胀,变成死寂状态.这项预测是根据数百个A1超新星的亮度作出的. 根据天文观测资料和物理理论描述宇宙的具体形态,星系的形态特征对研究宇宙结构至关重要,从星系的运动规律可以推断整个宇宙的结构形态.而星系共有的圆形旋涡结构就是整个宇宙的缩影,那些椭圆、棒旋等不同的星系形态只是因为星系年龄和观测角度不同而产生的视觉效果. 奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式.这种螺旋现象对于认识宇宙形态有着重要的启迪作用,大至旋涡星系,小至DNA分子,都是在这种螺旋线中产生.大自然并不认可笔直的形式,自然界所有物质的基本结构都是曲线运动方式的圆环形状.从原子、分子到星球、星系直到星系团、超星系团无一例外,毋庸置疑,浩瀚的宇宙就是一个大旋涡.因此,确立一个“螺旋运动形态宇宙模型”,比那种作为所有物质总和的“宇宙”却脱离曲线运动模式而独辟蹊径,以直线运动方式从一个中心向四面八方无限伸展的“大爆炸宇宙模型”,更能体现真实的宇宙结构形 还有一点,大爆炸是循环的,有科学家声称:宇宙现在的膨胀达到极点时将又发生一场大爆炸.如同黑洞的形成过程一样,宇宙将变成一个高密度、小体积的球体.缩小到一定程度后,将再次发生大爆炸.根据能量守恒定律,宇宙的能量并没有消亡.但是,却没有人能解释,大爆炸每次循环时间、空间、分子结构等等,都是像上次一样（几百几千亿年以后,又有太阳系,又有地球,又有中国,又有你）,还是重新排列（光凭空可以弯曲）
稳态理论 ： 宇宙起源的问题有点像这个古老的问题：是先有鸡呢,还是先有蛋.换句话说,就是何物创生宇宙,又是何物创生该物呢?也许宇宙,或者创生它的东西已经存在了无限久的时间,并不需要被创生.直到不久之前,科学家们还一直试图回避这样的问题,觉得它们与其说是属于科学,不如说是属于形而上学或宗教的问题,然而,人们在过去几年发现,科学定律甚至在宇宙的开端也是成立的.在那种情形下,宇宙可以是自足的,并由科学定律所完全确定. 关于宇宙是否并如何启始的争论贯穿了整个记载的历史.基本上存在两个思想学派.许多早期的传统,以及犹太教、基督教和伊斯兰教认为宇宙是相当近的过去创生的.(十七世纪时邬谢尔主教算出宇宙诞生的日期是公元前4004年,这个数目是由把在旧约圣经中人物的年龄加起来而得到的.)承认人类在文化和技术上的明显进化,是近代出现的支持上述思想的一个事实.我们记得那种业绩的首创者或者这种技术的发展者.可以如此这般地进行论证,即我们不可能存在了那许久；因为否则的话,我们应比目前更加先进才对.事实上,圣经的创世日期和上次冰河期结束相差不多,而这似乎正是现代人类首次出现的时候. 另一方面,还有诸如希腊哲学家亚里斯多德的一些人,他们不喜欢宇宙有个开端的思想.他们觉得这意味着神意的干涉.他们宁愿相信宇宙已经存在了并将继续存在无限久.某种不朽的东西比某种必须被创生的东西更加完美.他们对上述有关人类进步的诘难的回答是：周期性洪水或者其他自然灾难重复地使人类回到起始状态.希望采纳宇宙是怎样得来的?_百度作业帮
宇宙是怎样得来的?
宇宙是怎样得来的?
按照宇宙大爆炸理论,我们的宇宙诞生于120亿年－150亿年前的一次大爆炸.宇宙中所有的物质都来自于宇宙大爆炸时量子真空能量的实体化.在宇宙诞生之前,没有物质,没有空间,时间也没有意义,有的只是弥散的量子真空的零点场,真空零点场具有零点能.所谓零点能不是没有能量,只是处于能量的最低状态.当量子真空演化为闵可夫斯基真空时（诱发因素不详）,真空零点能分裂为正负能量,其中负能量回归真空零点场,使真空零点场的能量更低（更负）.正能量产生出希格斯粒子（即所谓“上帝粒子”）,再迅速分裂为正负粒子对.正负粒子对相遇即湮灭,回归为能量.由于宇称不守衡原理,在产生正负粒子对时,正粒子比负粒子多10亿分之一.就是说,在所有的正负粒子对湮灭完后,会有10亿分之一的正物质粒子剩余出来.正是这10亿分之一的正物质粒子,产生出最初的原子.并在能量携带着物质极速扩散（膨胀）的过程中,通过自组织化和结构化过程,形成我们的物质宇宙以及我们自己.在正能量产生物质时,是按照爱因斯坦的方程m＝E/c^2产生的,当能量密度（大体上就代表E）达到能够产生物质（就是m）的程度时,物质就会在其中产生出来.所以说,物质是高度凝聚的能量.根据美国著名物理学家约翰·惠勒的计算,真空零点能的能量密度可达10^94克/cm^3,远大于目前已经发现的最大能量密度10^14克/cm^3,即原子核的能量密度.因此,一个点的能量就足以形成整个宇宙了.这个点就是大爆炸宇宙理论中的宇宙奇点.宇宙大爆炸最初只是猜想,到上世纪60年代,通过宇宙的膨胀、宇宙中氢与氦的比例,及宇宙微波背景辐射的发现,宇宙大爆炸已经上升到了定量科学的高度.宇宙大爆炸理论也只是众多宇宙形成理论中的一种,只不过得到了广泛认同.谁知道宇宙是怎样来的吗?在科学书上的!_百度作业帮
谁知道宇宙是怎样来的吗?在科学书上的!
在科学书上的!
本世纪,有两种"宇宙模型"比较有影响.一是稳态理论,一是大爆炸理论.20年代后期,爱德温·哈勃(Edwin Hubble)发现了红移现象,说明宇宙正在膨胀.60年代中期,阿尔诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)发现了"宇宙微波背景辐射".这两个发现给大爆炸理论以有力的支持.现在,大爆炸理论广泛地为人们所接受. 大爆炸理论认为,宇宙起源于一个单独的无维度的点,即一个在空间和时间上都无尺度但却包含了宇宙全部物质的奇点.至少是在120~150亿年以前,宇宙及空间本身由这个点爆炸形成. 霍金演讲录：宇宙的起源 宇宙起源的问题有点像这个古老的问题：是先有鸡呢,还是先有蛋.换句话说,就是何物创生宇宙,又是何物创生该物呢?也许宇宙,或者创生它的东西已经存在了无限久的时间,并不需要被创生.直到不久之前,科学家们还一直试图回避这样的问题,觉得它们与其说是属于科学,不如说是属于形而上学或宗教的问题,然而,人们在过去几年发现,科学定律甚至在宇宙的开端也是成立的.在那种情形下,宇宙可以是自足的,并由科学定律所完全确定. 关于宇宙是否并如何启始的争论贯穿了整个记载的历史.基本上存在两个思想学派.许多早期的传统,以及犹太教、基督教和伊斯兰教认为宇宙是相当近的过去创生的.(十七世纪时邬谢尔主教算出宇宙诞生的日期是公元前4004年,这个数目是由把在旧约圣经中人物的年龄加起来而得到的.)承认人类在文化和技术上的明显进化,是近代出现的支持上述思想的一个事实.我们记得那种业绩的首创者或者这种技术的发展者.可以如此这般地进行论证,即我们不可能存在了那许久；因为否则的话,我们应比目前更加先进才对.事实上,圣经的创世日期和上次冰河期结束相差不多,而这似乎正是现代人类首次出现的时候. 另一方面,还有诸如希腊哲学家亚里斯多德的一些人,他们不喜欢宇宙有个开端的思想.他们觉得这意味着神意的干涉.他们宁愿相信宇宙已经存在了并将继续存在无限久.某种不朽的东西比某种必须被创生的东西更加完美.他们对上述有关人类进步的诘难的回答是：周期性洪水或者其他自然灾难重复地使人类回到起始状态. 两种学派都认为,宇宙在根本上随时间不变.它要么以现在形式创生,要么以今天的样子维持了无限久.这是一种自然的信念,由于人类生命——整个有记载的历史是如此之短暂,宇宙在此期间从未显著地改变过.在一个稳定不变的宇宙的框架中,它是否已经存在了无限久或者是在有限久的过去诞生的问题,实在是一种形而上学或宗教的问题：任何一种理论都对此作解释.1781年哲学家伊曼努尔·康德写了一部里程碑式的,也是非常模糊的著作《纯粹理性批判》.他在这部著作中得出结论,存在同样有效的论证分别用以支持宇宙有一个开端或者宇宙没有开端的信仰.正如他的书名所提示的,他是简单地基于推理得出结论,换句话说,就是根本不管宇宙的观测.毕竟也是,在一个不变的宇宙中,有什么可供观测的呢? 然而在十九世纪,证据开始逐渐积累起来,它表明地球戏及宇宙拭其他部分事实上是随时间而变化的.地学家们意识到岩石以及其中的化石的形成需要花费几亿甚至几十亿年的时间.这比创生论者计算的地球年龄长得太多了.由德国物理学家路德维希·破尔兹曼提出的所谓热力学第二定律还提供了进一步的证据,宇宙中的无序度的总量(它是由称为熵的量所测量的)总是随时间而增加,正如有关人类进步的论证,它暗示只能运行了有限的时间,否则的话,它现在应已退化到一种完全无序的状态,在这种状态下万物都牌相同的温度下. 稳恒宇宙思想所遭遇到的另外困难是,根据牛顿的引力定律,宇宙中的每一颗恒星必须相互吸引.如果是这样的话,它们怎么能维持相互间恒定距离,并且静止地停在那里呢? 牛顿晓得这个问题.在一封致当时一位主要哲学家里查德·本特里的信中,他同意这样的观点,即有限的一群恒星不可能静止不动,它们全部会落某个中心点.然而,他论断道,一个无限的恒星集合不会落到一起,由于不存在任何可供它们落去的中心点.这种论证是人们在谈论无限系统时会遭遇到的陷阱的一个例子.用不同的方法将从宇宙的其余的无限数目的恒星作用到每颗恒星的力加起来,会对恒星是否维持恒常距离给出不同的答案.我们现在知道,其正确的步骤是考虑恒星的有限区域,然后加上在该区域之外大致均匀分布的更多恒星.恒星的有限区域会落到一起,而按照牛顿定律,在该区域外加上更多的恒星不能阻止其坍缩.这样,一个恒星的无限集合不能处于静止不动的状态.如果它们在某一时刻不在作相对运动,它们之间的吸引力会引起它们开始朝相互方向落去.另一种情形是,它们可能正在相互离开,而引力使这种退行速度降低. 尽管恒定不变的宇宙的观念具有这些困难,十七、十八、十九甚至至二十世纪初斯都没有人提出过,宇宙也许是随时间演化的,不管是牛顿还是爱因期坦都失去了预言宇宙不是在收缩便是在膨胀的机会.因为牛顿生活在观测发现宇宙膨胀以前的二百五十年,所以人们实在不能责备他.但是爱因斯坦应该知道得更好.他在1915年提出的广义相对论预言正在膨胀.但是他对稳恒宇宙是如此之执迷不悟,以至于要在理论中加上一个使之和牛顿理论相调和并用于抗衡引力的因素. 1929年埃德温·哈勃的宇宙膨胀的发现完全改观了有关其起源的讨论.如果你把星系现在的运动往时间的过去方向例溯,它们在一百亿和二百亿年前之间的某一时刻似乎应该重叠在一起,在这个称为大爆炸奇点的时刻,宇宙的密度和时空的曲率应为无穷大.所有的已知的科学定律在这种条件下都失效了.这对科学是一桩灾难.科学所能告诉我们的一切是：宇宙现状之所以如此是因为它是过去是处于那种形态.但是科学不能解释为何它在大爆炸后的那一瞬间是那个样子的. 这样,许多科学家对此结论感到不悦就毫不足怪了.为了避免存在大爆炸奇点以及由此引起的时间具有开端的结论,人们进行了若干尝试.其中一种称为稳恒态理论.它的思想是,随着星不互相分离而去,由连续产生的物质在星系之间的空间中形成新的星系.这样宇宙就多多少少以今日这样的状态不但已经存在了,而且还将继续存在无限长时间. 为了使宇宙继续膨胀并创生新物质,稳恒态模型需要修改广义相对论.但是所需要的产生率非常低：大约为每年每立方公里一个粒子,这不会和观测相冲突.该理论还预言了,星系和类似物体的平均密度不但在空间上而且在时间上必须是常数.然而,由马丁·赖尔和他的剑桥小组进行的银河系外射电源的普查显示,弱源的数目比强源的数目多得多.人们可以预料,弱的源在平均上讲应是较遥远的.这样就存在两种可能性：或许我们正位于宇宙中的一个强源不如平均源频繁的区域；或者过去的源的密度更高,光线在离开这些源向我们传播时更遥远的距离.这两种可能性没有一种和稳恒态理论相协调,因为该理论预言射电源密度不仅在空间上而且在时间上必须为常数.1964年阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了从比我们的银河系遥远得多的地方起源的微波辐射背景,这是对该理论的致命打击.它具有从一个热体发射出的辐射的特征谱,尽管在这种情形下热这个字根本不适合,因为其温度只不过比绝对零度高2.7度而已.宇宙是一个既寒冷又黑暗的地方!稳恒态理论中没有一种产生具有这种谱的微波的合理机制,所以稳恒态理论难逃被抛弃的命运. 1963年两位俄国科学家欧格尼·利费席兹和伊萨克·哈拉尼科夫提出另一种思想,企图用来避免大爆炸奇性.他们说,只有当星系直接相互接近或离开时,它们才会在过去的一个单独的点上相重叠,才导致无限密度状态.可惜的是,星系还多少具有一些侧向速度,宇宙早斯就可能存在过这样的一种收缩相,这时,星系虽然曾经非常靠近过,却能设法避免互相撞击.然后宇宙会继续重新膨胀,而不必通过一种无限的密度的状态. 当利费席兹和哈拉尼科夫提出其设想时,我正是一名研究生,亟需一个问题以完成博士论文.因为是否有守大爆炸奇点的问题对于理解宇宙的起源关系重大,所以它引起了我的兴趣.我和罗杰·彭罗斯一道发展了一套数学工具,用以处理这个以及类似的问题.我们指出,如果广义相对论是正确的,任何合理的宇宙模型都必需起始于一个奇点.这就表明,科学能够预言,宇宙必须有一个开端,但是它不能够预言宇宙应如何启始的：正因为如此,人们必须求助于上帝. 审察人闪对奇性看法的变化是十分有趣的.当我还是一名研究生时,几乎没人认真地看待之.现在,作为奇性定理的一个结果,几乎无人不信宇宙是从一个奇眯起始的,物理定律在该处失效.然而,现在我认为,虽然存在奇点,物理定律仍能确定宇宙是如何起始的. 广义相对论是一种被称为经典的理论.也就是说,它没有顾及这个事实,即粒子不具备精确定义的位置和速度,由于量子力学的不确定性原理位置和速度的小范围内被“抹平”,不确定性原理不允许我们同时既测量又测量速度.因为正常情形下时空的曲率在和粒子位置的不确定性相比较时非常大,这些以我们没什么影响.然而奇性定理指出,在现在的宇宙膨胀相的开端,时空被高度地畸变,并且具有很小的曲率半径.不确定性原理在这种情形下变成非常重要.这样,广义相对论因预言奇性而导致自身的垮台.为了讨论宇宙的开端,我们需要一种结合广义相对论和量子力学的理论. 那种理论便是量子引力论.我们尚未知道正确的量子引力论应采取的准确形式.我们此刻所拥有的最佳候选者是超弦理论,但它仍有许多耒解决的困难.然而,人们可以期望,任何有前途的理论都应具有某些特征.其中之一便是爱因斯坦的思想,引力效应由被物质和能量所弯曲甚至卷曲的时空来体现.物体在弯曲空间中沿着最接近于直线的轨迹运行.然而,由于时空是弯曲的.所以它们的路径就显得是弯折的,正如同被引力场所弯折的似的. 另一种在这个终极理论中可以预料的要素是里查德·费因曼的设想,即量子理论可以表达成“对历史的求和”.该思想可以最简单的形式表达成,每颗粒子在时间中走过任何可能的路径或历史.每一路径或历史具有依其形状而定的概率.为了使这种思想可行,人们必须考虑在虚时间里发生的历史,而不是在我们感受生活于其中的实时间城发生的历史.虚时间听起来有点像是科学幻想的东西,其实它是定义得很好的数学概念.它在某种意义上可被认为是和实时间成直角的时间方向.人们把所有具有某种性质粒子历史,譬如讲在某些时刻通过某些点的历史的概率加起来.然后应把这结果延拓到我们在其中生活的实的时空中去.这不是量子力学的最熟知的手段,但它给出和其他方法得到的相同结果. 在量子引力的情形下,费因曼的对历史求和的思想牵涉到对宇宙的不同的可能性的历史,也就是对不同的弯曲时空的求和.这些代表了宇宙和它之中的任何东西的历史.人们必须指明,在对历史的求和中,应包括哪些种类的弯曲空间.这种空间种类包括具有奇性的的空间,则该理论就不能确定这类空间的概率.相反的,它们必须以某种任意的方法被赋予概率.这意味着科学不能预言时空这类奇性历史的概率.这样,它就不能预言宇宙应如何运行.然而,宇宙可能处于由只包括非奇性弯曲空间的求和所定义的状态.在这种情形下,科学定律就把宇宙完全确定,人们就不必吁求宇宙之外的某物来确定宇宙如何启始.由只对非奇性历史的求和确定宇宙的状态有点像一名醉汉在灯柱之下找他的钥匙：这儿也许不是他遗失之处,但是这儿是他可能找到的仅有的地方.类似的,宇宙也许不处于由对非奇性历史求和定义的状态,但这是科学能预言应当什么样子的仅有的状态. 1983年詹姆·哈特尔和我提出,宇宙的状态应由对一定种类历史的求和给出.这类历史由没有奇性的,而且具有有限尺度却没有边界或边缘的弯曲空间组成.它们像是地球的表面,只不过多了两维.地球的表面具有有限的面积,但是它不具有任何奇性、边界或边缘.我曾经用实验验证过这一点.我作过环球旅行,而没有落到外面去. 哈特尔和我所做的设想可以被重新表达成：宇宙的边界条件是它没有边界.只有当宇宙处于这个无边界状态时,科学定律自身才能确定每种可能历史的概率.因此,只有在这种情形下,已知的定律才会确定宇宙应如何运行.如果宇宙处于任何其他的状态,则历史求和中的弯曲空间的种类就要包括具有奇性的空间.人们必须求助于已知科学定律以外的某种原理,才能确定这种奇性历史的概率.这种原理就会是外在于我们宇宙的某种东西.我们不能从我们宇宙之中将其推导出来.而另一方面,如果宇宙是处于无边界状态,在原则上,我们就能在不确定性原理容忍的限制之仙完全确定宇宙应如何运行. 如果宇宙处于无边界状态,那对于科学而言就太好了,但是我们如何才能知道事情究竟是否如此呢?其答案是,无边界设想对宇宙应如何运行作出了明确的预言.如果这些预言不与观测相符合,则我们就能得出结论说,宇宙不处于无边界状态.这样,在哲学家卡尔·波普定义的意义上说,无边界设想是一种好的科学理论：它可被观测证伪. 如果观测不与预言相符合,我们就知道在可能历史的种类中必须有奇性.然而,这就大致上是我们知道的一切.我们不能计算出这种奇性历史的概率,因此我们不能预言宇宙应如何运行.有人也许会认为,如果不可预见性只发生在大爆炸处,那不会太碍事,那毕竟是一百亿或二百亿年以前的事.但是,如果可预言性在大爆炸的非常强引力场中失效,那么只要恒星坍缩它也会失效.这种事件仅在我们的银河系中每周就会发生几次.我们的预言能力甚至按照天气预报的标准来说也是非常差劲的. 当然,人们还会说,我们根本不必在乎发生在一颗遥远恒星处的可预言性的失效.然而,在量子理论中任何不被实际上禁止的东西都能够并将要发生.这样,如果可能历史的种类中包括奇性空间的话,这些奇性可在任何地方发生,而不仅在大爆炸处以及坍缩星之中.这意味着,我们不能预言任何东西.反过来说,我们能够预言事件的这一事实是反对奇性并赞同无边界设想的实验证据. 那么无边界设想为宇宙做出什么预言呢?第一个预言是,因为宇宙的怕有可能的历史在广延上都是有限的,所以人们用来作为时间测度的任何量都必须有一个最大值和一个最小值.这样宇宙就有一个开端和一个终结.在实时间中的开端即是大爆炸奇点.然而在虚时间中这个开端就不再是奇点.相反的,它有点像地球的北极.如果人们把地球表面的纬度当作时间的类似物,则可以说地球的表面从北极开始.然而,北极是地球上完全普通的一点.它没有任何特殊之处,同样的定律在北极正如同在地球上的其他地方同样地成立.类似的,我们用来标志作撛谛槭奔淠谟钪娴钠羰紨的事件是时空中的一个通常的点,正如其他的点那样.科学定律在开端处正如在其他地方一样成立. 人们从和地球表面的类比,也许会预料到,正如北极和南极相似一样,宇宙的终结会和开端相类似.然而,北南二极是对应于虚时间向实时间延拓,就会发现宇宙在实时间中的开端和它的终结可以非常不同. 约纳逊·哈里威尔和我对无边界条件的含义作过一个近似计算.我们把宇宙当作一个完全光滑和均匀的背景来处理,在这个背景上存在密度的小微扰.宇宙在之前时间中从非常小的半径开始膨胀.最初的这种膨胀称作暴涨,也就是说,宇宙尺度在比一秒还要短暂非常多的每一时间间隔中得到加倍,这正如在某些国家中每一年价格都要加倍一样.第一次世界大战后的德国也许创下了通货膨胀的世界纪录,一捆面包的价格在几个月的时间内从一个马克涨到一百万马克.但是没有任何东西可与似乎在极早期宇宙发生过的暴涨相比拟,宇宙尺度在一秒的极微小的部分时间内至少增加了一百万亿亿亿倍.这当然是发生在当局政府之前的事. 暴涨在如下意义上来说,是件好事,它产生了一个在大尺度上光滑而均匀的宇宙,而且这个宇宙以刚好避免坍缩的临界速度膨胀.它还能在相当严格的意义上把宇宙的怕有内容从无中创生出来,这是暴涨的又一好处.当宇宙像北极那样的一个单独点时,它不包含有任何东西.然而,在我们可观测到的宇宙部分至少有十的八十次方颗粒子.所有这些粒子从何而来呢?其答案是,相对论和量子力学允许物质从能量中以粒子反粒子对的形式创生出来.那么能量又是从何而来以创生物质呢?其答案是,它是从宇宙的引力能中借来的.宇宙亏欠了极大数量的负引力能的债务,它刚好和物质的正能量相平衡.其结果便是凯恩斯经济学的胜利：一个充满物质的、充满活力的正在膨胀的宇宙.引力能的债务只有在宇宙终结时才能偿付清. 早期宇宙不能是完全均匀一致的,因为否则的话就会违反量子力学的不确定性原理.相反的,必须存在对均匀密度的一些偏差.无边界设想意味着,这些密度差别是从它们的基态开始,也就是说,它们是和不确定性原理相一尽可能的小.然而,这些差别在暴涨时被放大了.在暴涨时期结束之后,留下的宇宙是一些地方比另一些地方膨胀得稍快一些.在膨胀稍慢的区域,物质的引力吸引使膨胀进一步减慢.该区域最终会停止膨胀,并且收缩形成星系和恒星.这样,无边界设想可以解释我们四周看到的所有复杂结构.然而,它没有给宇宙作出单独的预言.相反地,它预言整整一族可能的历史,每一个历史都具有自己的概率.也许可能有这样的历史,工党在上次英国竞选中取胜,虽然这种概率很小. 无边界设想对于上商在宇宙事务中的作用含义极其深远.人们现在广泛接受,宇宙按照定义很好的定律演化.这些定律可能是上帝钦定的,但是它似乎不去干涉宇宙去违反这些定律.然而,直到不久以前,人们都认为这些定律不能适用于宇宙的开初.那就要依赖上帝去旋紧发条,并让宇宙顺着它的意愿的方式去运行.这样,宇宙的现状是上帝对初始条件选择的结果. 然而,如果某种像无边界设想的东西是正确的话,则情况就会大大改观.在那种情形下,物理定律甚至也适用于宇宙的开端,这样上帝就没有选取初始条件的自由.当然它在选取宇宙要服从的定律上仍然具有自由.然而,这里并没有许多选择的余地.也许只存在很少数目的定律,这些定律是自洽的,并能导致像我们自己这么复杂的生物的存在,他能询问什么是上帝的性质. 甚至即使只存在唯一的一族可能的定律,它也只不过是一族方程.究竟是什么东西将生命之火赋予这些方程,使之产生一个受它们制约的宇宙呢?难道终结的统一理论是如此之咄咄逼人,以至于其自身的实现成为不可避免?虽然科学能解决宇宙如何启始的课题,它仍然无法回答这个问题：为何宇宙必须存在?我对此没有答案.
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