我们的宇宙是怎么诞生的?是如何一步步演变成今天的样子 ...

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nana00101 发表于 2023-8-19 11:25:01|来自:北京 | 显示全部楼层 |阅读模式
宇宙初期是怎样的?又是如何一步步演变成今天的样子?
我们人类又是以何种姿态存在于这个世界呢?
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moneypk 发表于 2023-8-19 11:25:26|来自:北京 | 显示全部楼层
关于宇宙的诞生,当前最为可信的说法,无疑是——宇宙大爆炸理论。
偌大的宇宙,竟然是一个「点」爆炸产生的。
而在此之后,时间、空间才有了意义!



作为一个非常复杂的理论,大爆炸宇宙论有自己的骄傲,姿态摆得相当高,如果你想靠自己去搞懂它,那绝对是:
一波多折、荡气回肠




不过有了混子哥,这都不是事儿!哥就直接告诉你,这个理论其实只说了一件事:




宇宙从诞生至今已经有 138 亿年的历史了,它的一生大致可以分为 4 个阶段:








接下来,我们就按照这 4 个阶段来说一说宇宙的故事。首先,我们要聊的是:
原子究竟是怎么诞生的?
宇宙从什么都没有到原子的出现,中间发生了太多的故事,如果把这些故事用一条线串起来,大概就是:




1. 基本粒子怎么就出现了?
话说在 138 亿年前,有那么一个平淡却不甘平凡的「点」,我们把它亲切地叫作:




这个人类目前还搞不清楚的点,也不知道是什么原因,突然就爆炸了!




奇点这一炸,就产生了宇宙和宇宙里的一切,包括:




宇宙刚炸出来的时候,跟现在完全不一样。




密度贼大
温度贼高
体积贼小
在海陆空,哦,错了……在时间、空间、温度的全方位无死角的刺激下,宇宙内部的组织结构一步步迭代升级,一直演化成如今的模样。




宇宙刚诞生的时候,像一锅热粥,锅里是满满的


能量。
随着温度降低,锅里面的能量开始变化,慢慢变成了夸克、胶子、希格斯玻色子等基本粒子。








根据爱因斯坦的质能等价理论,质量和能量是可以相互转化的,所以具有质量的物质粒子可以从超高能量中「变」出来。
所以,基本粒子是从超高能量中「冒」出来的。
2. 从基本粒子到原子核
随着空间的膨胀和温度的下降,基本粒子们慢慢达成了一个共识:




那究竟咋抱呢?最先扛不住冻的基本粒子是夸克,它们内部商量了一下,觉得可以两个凑双,也可以三个抱团。
比如:2 个夸克在胶子的帮助下,形成 1 个介子。




再比如:3 个夸克在胶子的帮助下,形成 1 个质子或者中子。




夸克有不同的种类,所以同样是 3 个夸克抱团,形成的可以是质子,也可以是中子。




这里多说一句,只有 1 个质子的原子核叫作氢核。
随着宇宙继续膨胀,温度继续下降,质子和中子也觉得头顶凉飕飕的,于是它们也开始抱团。
1 个质子和 1 个中子,会在介子的帮助下,抱团形成


核。








氘核指的是由 1 个质子和 1 个中子组成的原子核。
现在的宇宙温度下,氘核自带活跃属性,一点儿也不稳定,刚一出现就启动了天赋技能,迅速抱团形成稳定的氦核。








氦核指的是内部有两个质子和两个中子的原子核。
此时,宇宙中就出现了氢和氦,它们也是元素周期表中头两号的元素。




温馨提示:
氢、氦形成的过程中,也会出现少量的锂,锂是元素周期表中的第三号元素。




从大爆炸中产生原子核的过程,到这里就基本结束了,但还有个问题:氢核和氦核谁多谁少呢?




夸克两个或三个抱团的时候,因为机会均等,形成的质子和中子其实一样多。
但后来中子就比质子少了。
而这个相爱相杀的过程,其实是一个中子队自我团灭的故事。
话说很早很早以前,宇宙中存在两个超级战队,这两个战队旗鼓相当,实力也不悬殊。








由于质子和中子的数量刚开始一样多,为了方便理解,我们把质子和中子的数量姑且看成各有 8 个。
有一天,中子队决定远征质子队的老巢,一共派出了 6 个中子,剩余 2 个中子留守,可是
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abc110 发表于 2023-8-19 11:26:08|来自:北京 | 显示全部楼层
圈量子宇宙起源是通胀宇宙起源理论的替代吗?从粒子到宇宙,从膨胀到坍缩,宇宙或许逃脱不了轮回的命运



传统宇宙起源理论告诉人们宇宙起源于大爆炸,随之而来的是快速膨胀时期。然后,形成了物质与暗物质的基本结构,并形成恒星系,将每一颗星星装配在各自的轨道上。目前,宇宙学家认为是遍及宇宙的暗能量以某种方式抵消了引力,从而不断推动宇宙膨胀。
但是并无法回答大爆炸之前宇宙是什么?
近些年来,一些科学家致力于将极小尺寸的量子理论和极大尺寸的宇宙学理论建立联系,于是圈量子宇宙论诞生,挑战着传统的通胀宇宙理论,圈量子理论认为宇宙会不断的膨胀和坍缩,交替轮回



图注:早期宇宙中微小的量子涨落解释了宇宙大尺度结构的两个主要奥秘,即宇宙的极小和极大。宾夕法尼亚州立大学研究人员的一项新研究使用量子环引力理论来解释这些神秘现象,而爱因斯坦的广义相对论认为这些现象是反常的.

量子宇宙学是一种利用量子力学将引力物理学扩展到爱因斯坦的广义相对论理论之外的理论,试图将广义相对论的原理与量子力学的原理有机地结合起来,其核心思想在于构建一个不依赖于时空背景的量子引力理论。



这个理论认为宇宙空间的差异发生在最微小的尺度上,即甚至比质子还要小得多的粒子的变化,但它们却产生了宇宙中最大的可达尺度上的影响。
虽然放大后的宇宙图像看起来相当均匀,但它的内部存在极大不均匀的结构,例如星系和暗物质不是均匀分布在整个宇宙中。不均匀结构的起源可以追溯到宇宙微波背景中观察到的微小的不均匀性。宇宙微波背景是宇宙在38万年前发出的辐射,我们今天仍然可以看到。但是宇宙微波背景本身有三个令人困惑的特征,这些特征目前看来是异常的存在,因为它们很难用已知的物理学来解释,这表明我们人类生活在一个异常的宇宙中。



通胀宇宙和圈量子宇宙理论

《自然天文学》杂志最近发表的一项研究对其中一种异常现象提出了解释,即宇宙空间是弯曲的,而不是之前认为的平面,这一发现让宇宙学可能面临重写,但是这个发现也需进一步的验证。
然而,利用圈量子宇宙学,科学家自然地解决了一些异常现象,避免了潜在的危机。


图注:这张图表显示了宇宙的进化,根据循环量子起源的范式。
过去三十年对宇宙研究,极大地提高了人类对早期宇宙的理解,包括宇宙微波背景下的不均匀性是如何产生,这些不均匀性是早期宇宙不可避免的量子涨落的结果。在早期的宇宙高度加速的膨胀阶段,这些原始的,微小的量子波动在重力的影响下被拉伸,造成了在宇宙微波背景下观察到的不均匀性。
爱因斯坦的广义相对论理论将时空视为一个平滑的连续体,犹如一件衬衫,看起来像一个二维表面,但仔细观察,你会发现它是由密集的一维线编织而成,同样宇宙的时空结构就是由类似量子线编织而成。爱因斯坦的物理学就是基于这个连续统一体,而圈量子宇宙学允许科学家超越广义相对论所描述的连续统一体。



科学家对早期宇宙的研究的圈量子宇宙理论取代传统的奇点大爆炸的观点,即宇宙从无物中诞生,通过大弹跳,我们当前膨胀的宇宙是从超级压缩的质量中诞生,而超级压缩的质量是宇宙在之前阶段收缩时产生的。
科学家发现,所有广义相对论所解释的宇宙的大尺度结构,都同样可以用圈量子宇宙学的方程式来解释。不仅如此,在新的研究中,研究人员确定圈量子宇宙学下的暴涨也解决了广义相对论下出现的两个主要反常现象。
圈量子宇宙学理论认为的宇宙原始波动发生在大约比质子半径小20个数量级的小普朗克尺度上,在这个难以想象的小尺度上对宇宙暴涨的修正同时解释了宇宙中最大尺度上的两种反常现象,将宇宙中极小和极大的存在统一的联系起来。


众所周知,我们的宇宙正处于加速膨胀过程中,但是如果无限膨胀下去,自然要面临熵寂,由此就演化出了大冻结之类的宇宙演化论,此时的宇宙已经处于极为无序度的状态,也就没有了生机。


圈量子宇宙论也认为也许有一天宇宙将会坍缩,也就说是宇宙在经历加速膨胀后重新由引力主导,由此产生的结果就是大挤压,所有的宇宙物质都被压缩在一个“小硬球”里,即普朗克尺度内。
但是这种膨胀和坍缩过程交替轮回,宇宙总有一天会重启
而那时候人类将会如何呢,人类会如同《三体》中程心那样,给下一个宇宙传递文明存在的信息吗?
<hr/>关于圈量子宇宙的参考文献:
马永革.圈量子宇宙学的新进展[J].中国科学:物理学 力学 天文学,2011,41(12):1409-1413.
Abhay Ashtekar et al, Alleviating the Tension in the Cosmic Microwave Background using Planck-Scale Physics, Physical Review Letters(2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.051302
https://www.quantamagazine.org/big-bounce-simulations-challenge-the-big-bang-20200804/
https://www.quantamagazine.org/big-bounce-models-reignite-big-bang-debate-20180131/

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th818 发表于 2023-8-19 11:26:19|来自:北京 | 显示全部楼层
第一个问题没有公认的答案,只回答第二个问题吧,宇宙是如何一步步演化成今天这个样子的?
宇宙学的一个重要的研究目的就是还原宇宙的历史。目前,从天文观测上,人们可以把宇宙的历史最早还原到原初核合成时期(大约是宇宙诞生后3分钟)。而在理论上,目前的理论研究可以把宇宙的历史追溯到暴胀时期(宇宙诞生后约  秒)。这篇回答就来介绍一下现代宇宙学对宇宙历史的认识。



图1 宇宙历史示意图(图片来自网络)

一、极早期宇宙

1.1 暴胀(10^-30 秒内)

暴胀是现代宇宙学理论所能追溯到最早的一个宇宙学事件,或者说最早的一段时期,大约发生在宇宙诞生后  秒内。在暴胀时期刚开始的时候,宇宙的尺度非常小。此时,宇宙中存在一种特殊的物质场,称为暴胀场  . 这个场具有非常大的真空能,可以推动宇宙发生剧烈的指数膨胀(尺度是时间的指数函数)。通过现在的天文观测结果,我们可以估计在暴胀时期,宇宙的尺度至少膨胀了大约 倍(体积 膨胀了 倍)。同时,由于暴胀场  的真空能密度 几乎不随宇宙尺度改变,所以在整个暴胀时期,  场的总能量至少也翻了 倍。这可以看作是宇宙中物质起源的过程。
1.2 重加热(远小于1秒)

在暴胀结束之后,宇宙中物质的能量几乎全部储存在暴胀场  当中。或者说,在暴胀结束之后,宇宙中充满了一种叫做“暴胀子”的粒子。这些暴胀子是很不稳定的,它们会很快衰变为电子、光子、夸克这些标准模型粒子。换句话说,能量从暴胀场向标准模型粒子转移,这个过程就叫做“重加热”。为什么叫这个名字呢?是因为,暴胀子的质量非常大,而标准模型粒子在极早期宇宙几乎没有质量,所以衰变之后暴胀子的能量主要转化为了标准模型粒子的动能。而我们知道,所谓的温度其实就是大量热平衡粒子的平均动能。所以暴胀子全部衰变成标准模型粒子之后,宇宙的温度变得非常高。这就是这一过程被称为“重加热”的原因。
至于重加热持续的时间,目前尚不确定。如果暴胀子和标准模型粒子的相互作用足够强烈,那么暴胀子就会衰变得很快,暴胀结束之后没多久(也在  秒之内)重加热就可以完成。然而,如果相互作用足够微弱,那么重加热就会进行得很慢。重加热结束之后,宇宙中充满了高温的、近光速运动的粒子,它们像一锅热汤一样混合在一起。自此宇宙开始进入热大爆炸时期,随着尺度膨胀,宇宙的温度逐渐降低。
1.3 正反物质不对称产生(10^-10 秒内)

上一小节说的热汤里面有正粒子,也有反粒子,它们之间可以相互湮灭,也可以反向再产生,达到了热平衡状态。然而我们知道,我们现在的宇宙中几乎没有反粒子,所以这锅热汤里面的正粒子一定要比反粒子多一点点。这样一来,到后期正反物质都湮灭完之后,还可以再剩下一些正物质。剩下的这些其实就是今天宇宙中的所有可见物质。
当然,热汤中的正物质不会无缘无故比反物质多一点点,一定有某种机制造成了正反物质的不对称产生。虽然人们目前还不清楚究竟是什么样的机制,但基本上可以肯定这个过程发生在宇宙温度降低至1TeV(注:1TeV~ ℃)之前,换算成时间大约是宇宙诞生后 秒内。
1.4 电弱对称性破缺(约 10^-10 秒)

接触过一些粒子物理的朋友可能知道,我们的宇宙中有四种基本相互作用:引力、电磁力、弱相互作用、强相互作用。其中,电磁和弱相互作用在极高的能量(温度)下是统一在一起的。所以,在宇宙重加热结束之后,电磁和弱相互作用是作为一个统一的整体表现出来的。然后随着宇宙膨胀,宇宙温度降低至大约0.25TeV时,电弱统一相互作用会在希格斯场的影响下分化为电磁和弱这两种相互作用。这被称为电弱对称性破缺。
在破缺之后,希格斯场具有了一个非零的真空期望值,这使得所有与希格斯场存在相互作用的标准模型粒子获得了质量。(注:在电弱对称性破缺之前,所有标准模型粒子几乎没有质量)



图2 粒子物理标准模型。这是目前在实验中发现的所有基本粒子。

二、早期宇宙

2.1 夸克强子化(约 0.0001 秒)

在电弱对称性破缺以后,宇宙中的粒子仍是一锅热汤,汤里面包含着所有种类的标准模型粒子。然后随着宇宙继续膨胀,温度继续降低,一些重的不稳定粒子开始从热汤中消失(衰变之后由于温度太低无法再反向产生),比如希格斯粒子、W Z粒子、重味夸克和轻子。等到温度降低至100MeV( ℃)的数量级时,热汤中只剩下了正负电子、中微子、光子、轻夸克以及胶子。
此时,粒子之间的碰撞显著降低,已不足以阻止夸克和胶子被强相互作用束缚,形成质子、中子这样的复合粒子。这个过程就被称为夸克强子化。
2.2 中微子退耦(约 1 秒)

夸克强子化之后,热汤里面还剩下正负电子、光子和中微子。随着宇宙继续膨胀,当宇宙的温度降至大约1MeV( ℃)数量级时,中微子开始从这锅热汤中退出,成为了遍布在全宇宙的“中微子背景”。这些中微子经过138亿年的演化遗留至今,目前大约占宇宙中物质总量的0.006%. 但由于探测技术所限,人们现在尚没有探测到这个中微子背景。
2.3 原初核合成(约 3 分钟)

在夸克强子化之后,形成了质子和中子。但在它们刚形成的时候,宇宙的温度还是太高,以至于质子和中子之间会剧烈地相互碰撞,无法形成稳定的原子核结构。随着宇宙尺度的膨胀,宇宙的温度逐渐降低,粒子之间的碰撞会趋于缓和。直到宇宙的温度降低至大约十亿度,粒子之间的碰撞才不至于将新结合成的原子核摧毁。由此,稳定的原子核结构才能够在我们的宇宙中源源不断地形成。这个过程就叫做原初核合成,此时距离宇宙诞生已过去了大约3分钟。
值得一提的是,我们可以根据宇宙大爆炸理论去计算原初核合成过程中形成的轻元素(比如氘、氦-4)的丰度,也就是它们在宇宙中的占比,并通过天文观测来对计算值进行检验。截至目前,绝大多数测量结果与大爆炸理论的计算值符合得相当好。这被视为大爆炸理论的核心证据之一。
2.4 物质-辐射相等(约 5 万年)

这里的“物质”是指速度远低于光速的粒子,“辐射”是指速度近光速或等于光速的粒子。前面说过,在早期宇宙中,绝大多数粒子是处于一锅热汤的状态,也就是说温度极高,运动速度近光速。此时宇宙中其实还有一小部分低速运动的粒子,比如暗物质,但它们的总量远比“辐射”要少。
不过,宇宙中“辐射”的能量是不守恒的,随宇宙膨胀而降低。因此,虽然热大爆炸刚开始的时候宇宙是被“辐射”所主导的,但随着宇宙的膨胀,“辐射”在宇宙中的占比越来越低。直到宇宙诞生大约5万年后(温度降低至大约一万度),宇宙中“辐射”的总量降低至与低速运动的“物质”相等。此后,“辐射”继续减少,宇宙开始被低速运动的“物质”所主导。
2.5 氢原子形成(约 24 万年)

宇宙的温度降低至大约3400℃,绝大多数电子可以顺利地与质子结合形成氢原子。
2.6 宇宙微波背景辐射形成(约 38 万年)

宇宙温度降低至约2700℃,光子与氢原子的相互作用变得足够微弱,可以自由地在宇宙中穿行。这些遍布全宇宙的光遗留至今,成为了所谓的宇宙微波背景辐射。
终极、结构形成

3.1 第一颗恒星形成(约 3 千万年)

氢原子以及少量的氦原子在引力的作用下聚集,发生核聚变反应,形成第一颗恒星。
3.2 第一个星系形成(约 6 亿年)

宇宙的暴胀不仅为宇宙带来了物质,还为宇宙带来了形成结构的种子。暴胀场的量子涨落在暴胀期间会被指数放大,到暴胀结束之后这就成为了宇宙空间中物质的密度涨落。所谓的密度涨落就是说有的地方粒子密集,有的地方粒子稀疏。这样一来,在宇宙演化的过程中,粒子就会在引力的作用下向密度大的区域聚集,形成星系、星系团,甚至更大尺度的结构。



图3 计算机模拟的粒子聚集形成大尺度结构的过程(图片来自网络)

3.3 太阳系形成 (约 80 亿年)

如题,没啥好说的。
3.4 暗能量主导(约 90 亿年)

最开始我们介绍暴胀的时候说,暴胀场是一种拥有巨大真空能密度的物质场,它会推动宇宙的指数膨胀。实际上,天文观测发现,现在的宇宙中也存在一种拥有真空能的物质场,现在它正推动着宇宙的加速膨胀,只不过它的真空能密度很低,造成的加速膨胀没有暴胀那么剧烈。人们把这种拥有真空能的不明物质场称为“暗能量”。
正如同暴胀场的总能量(在暴胀期间)会随着宇宙的膨胀而增多,暗能量的总量也是随着宇宙膨胀逐渐增多的。在宇宙刚刚诞生之时,宇宙中暗能量的占比可以忽略不计,但随着宇宙的持续膨胀,暗能量的占比越来越多。在宇宙年龄为大约90亿年时,暗能量的占比超过了宇宙中物质总量的一半,开始主导宇宙的演化,推动宇宙的加速膨胀。
3.5 今天(约 138 亿年)

演化至今天,距离宇宙诞生已过去了大约138亿年。今天宇宙中暗能量的占比已经增加至69%,光子、中微子等“辐射”的占比已下降至不足0.01%的数量级。剩下的31%里面,有5%是质子、中子、电子等等可见的重子物质。还有26%是暗物质,目前我们不知道它的物理本质是什么。



图4 宇宙中各物质组分总量的演化历史,其中已设今天宇宙的尺度为1,今天的物质总量为1.

以上基本上就是现代宇宙学对宇宙历史的总体认识了。不过还有一些重要的事件我没有列进去,因为现在的理论不能确定这些事件发生在什么时期。例如暗物质的产生。在某些理论模型中允许暗物质在暴胀结束之后就迅速产生出来,但还有一些模型可以把暗物质退耦的时间推迟到原初核合成之前。
先写这么多吧,想到什么我再补充。

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lbeminy 发表于 2023-8-19 11:26:32|来自:北京 | 显示全部楼层
宇宙是如何诞生的?有很多理论试图去回答这个问题,但目前全世界范围内,接受度最高的一种理论是:宇宙大爆炸理论(the Big Bang theory)。




所谓的宇宙大爆炸理论,讲的是宇宙诞生于 130 多亿年前的一场大爆炸,在大爆炸还没有发生的时候,万事万物都不存在,宇宙只是一个致密的几何奇点。

爆炸发生时,时间、空间诞生并开始扩散,整个宇宙就像一锅热汤,能量密度极高。随着继续扩大,宇宙开始冷却,并在万有引力的作用下,星系天体开始形成,听着是不是很耳熟?这样看来,好像盘古开天地和上帝创世这两个东西方神话都还挺有道理的。

单看宇宙大爆炸理论,感觉还是有点漫无边际,那为什么它会被广泛接受呢?因为它有几个佐证。第一个佐证是哈勃定律。1929 年,美国天文学家哈勃通过天文观测,发现所有星系都在远离我们,并且离我们越远的星系,远离我们的速度越快。由此哈勃推测出,宇宙一直在膨胀,越变越大。

既然宇宙越变越大,就说明它以前比现在小。如果运用极限思维,推理到极致,就能大胆地猜测,宇宙一开始应该是一个大小无限接近于零的奇点。也就是说,宇宙大爆炸理论的模型确实跟我们对宇宙变化规律的观测结果是吻合的。

第二个佐证是宇宙微波背景辐射。20 世纪 60 年代有两个美国工程师,彭齐亚斯和威尔逊(Penzias & Wilson),他们通过射电天文望远镜接收到了一个奇怪信号。这个信号的特点是,不论你把望远镜指向哪个方向,这个信号的强度都差不多,没有显著的变化。

这说明该信号应当是从宇宙最深处传来的,否则应当有一个位置的信号是最强的。这个信号就是宇宙微波背景辐射。它的频率在微波范围内,并且在四面八方都有,是宇宙背景深处传来的信号,所以叫宇宙微波背景辐射。

既然宇宙微波背景辐射是从宇宙深处传来的,就可以理解为它是宇宙早期的信息,因为宇宙大爆炸早期的信息应当已经随着膨胀来到了宇宙边缘。但不要忘了,由于宇宙在膨胀,微波背景辐射的信号源,也就是宇宙边缘,是在飞速远离我们的。因此我们接收到的,来自宇宙边缘的信号应当是存在「多普勒红移」的。

我们接收到的信号频率应当是降低了的,通过计算去反向推算出宇宙边缘发出信号的原频率,我们就能知道宇宙大爆炸之初是怎样一番光景了。果不其然,根据计算,这些信号的原频率很高,反推出来,宇宙早期确实是处在能量密度很高的状态,如一锅热汤一般,这就与宇宙大爆炸理论的描述相吻合。

宇宙的膨胀和宇宙微波背景辐射,就是宇宙大爆炸理论在全球范围内拥有很高接受度的主要原因。

宇宙越变越大:哈勃定律


从古代开始,哲学家们就在思考一个问题:宇宙是否无限大?宇宙是否存在了无限久?

这两个问题,牛顿回答了第一个。
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qepcnifk 发表于 2023-8-19 11:27:30|来自:北京 | 显示全部楼层
根据现有观测数据和理论,可观测宇宙约在138亿年前出现[1][2],误差范围约±2000万年;讨论“整个宇宙”或“多重宇宙”则目前无解,宇宙的不可观测部分的尺寸[3]与存在状况目前无法确定,其未必是通过和可观测宇宙类似的过程起源的。
“产生我们这个宇宙”的事件,在古代叫做“神创造世界”,后来叫做“宇宙大爆炸”,在霍金他们那里则改为霍金-哈特尔无边界条件下的量子事件,在模拟宇宙论里叫做“模型开始运转”。
二十世纪六十年代,霍金和罗杰·彭罗斯证明,当时空的弯曲足够陡峭,时空会不可避免地坍缩,爱因斯坦方程将会不起作用,需要新的量子引力理论才能解释。彭罗斯-霍金奇点定理表明,时空无法从一个点中平滑而稳定地展开“大爆炸奇点”并不存在
为了抹平理论与观测事实间的矛盾[4],1980年,美国物理学家阿兰·古斯提出了暴胀:极早期宇宙在10^-35秒到10^-34秒的极短时间内以惊人的速度加速膨胀[5]。

  • 暴胀宇宙论预言了宇宙的不均匀性,并给出了不均匀程度的估计。根据维尔纳·海森堡的不确定性原理,在暴胀时期,宇宙中存着微小的量子热涨落,暴胀将这些涨落放大到宇观尺度,成为当今宇宙中所有结构的种子。暴胀理论预言,这些原初涨落基本上具有尺度不变性并满足高斯分布。
  • 上述预言已经通过测量微波背景辐射得到了精确的证实[6]。
霍金将费曼的总和历史方法应用于研究宇宙起源,这涉及总和在时空的每一条世界线可能发生的事件,意味着必须考虑宇宙的边界条件,而最特殊的边界条件就是没有边界。1981年,霍金发表了论文《宇宙边界条件》,提议宇宙可能没有边界,即没有起源或终结
1983年,霍金与詹姆斯·哈特尔合作提出宇宙无边界模型:

  • 在普朗克时期之前,由于量子力学的不确定性原理,宇宙没有时空边界;
  • 在极早期宇宙里只有空间、没有时间,宇宙起源的概念毫无意义。
那之后,霍金多次谈到,宇宙可以通过量子机制整个涌现于虚无之中。

  • 我们可以构建这样的模型:宇宙的总能量是零。
  • 在宇宙的总能量是零的情况下,要平衡恒星的能量,简单有效的方法是抬出引力:引力是吸引的,引力能是负的,你必须做功才能把引力束缚的系统(例如地球和月球)分离开。
  • 但是,地球的引力能不到构成地球的物质粒子的不变质量所对应之能量的十亿分之一。恒星这样的物体会有更负的引力能,恒星的尺寸越小(它的不同部分相互靠得越近),引力能就越负,可是在引力能足以抵消自身的不变质量之前,该恒星就足够坍缩成黑洞了,而黑洞具有正的能量。
  • 这导致真空的相对稳定,避免在你脸上随机涌现恒星或黑洞[7]——避免量子涨落给你造成什么特殊的打击。
  • 而整个宇宙却能自发涌现。因为引力赋形于时空,允许时空局部稳定且全体不稳定。在全宇宙的尺度下,物质的能量可以被引力能的负能量抵消到零。
  • 由此,宇宙可以从无之中自我创生,不需要一个非常特殊的奇点,不需要任何类型的创世者
过去几十年里,人们已经建立了许多不需要大爆炸奇点的宇宙学理论。
三十多年前热门过的永恒暴胀模型认为宇宙是永无止境地高速膨胀的伪真空,在里面随机地产生膨胀减慢下来的岛宇宙。

  • 这可以和开放宇宙的遥远未来或者大撕裂合并起来,认为我们这个宇宙将来会回到永恒暴胀之中。
  • 近年来有一些十分蠢的“先给出一个不可能的假设再推导出矛盾来谈论‘永恒暴胀必须有开端’”的文章也发表在有同行评议的期刊上了,因此你大可在这领域随便想想。

支持模拟宇宙论的观点主要是这种格式:

  • 如果先进文明对“自己的过去”或者“落后文明是怎么发展的”感兴趣,而且有能力建立模拟世界,他们就很可能建立模拟世界来研究模拟的文明,这步骤可以反复进行(一个先进文明可以模拟许多个落后文明)和多重嵌套(模拟出来的文明发展到一定阶段也可以建立自己的模拟),于是多重宇宙里虚拟文明的数量应该远远超过实体文明,我们是虚拟文明的概率非常高。
2001年到2003年,英国牛津大学哲学教授尼克·博斯特罗姆提出,一台和一颗行星质量差不多的非常先进的超级计算机每秒可以进行10^42次运算,这样的计算力能够运行全人类规模的模拟,包括所有人的记忆、思想和感受。博斯特罗姆提出了一个三难选择,认为以下三个命题中必有一个为真:
1、文明发展到能够运行高度真实模拟的几率趋近于0;
2、先进文明有兴趣模拟进化史的几率趋近于0;
3、我们这样的人是先进文明模拟出来的几率趋近于1。
博斯特罗姆表示,显然,1和2都不大可能为真,那就只有3为真了。

  • 悲观主义者显然会提出异议,认为1为真的可能性更大一些。
看起来极度复杂的模拟宇宙的底层规则其实也不用太复杂,康威生命游戏那样单纯的规则在大尺度上就能制造出巨大的混乱和有序性,2020年热了一阵的斯蒂芬·沃尔夫勒姆数学结构也是一样的思路。


只要我们能找到这个模拟系统的严重错误,就能证明这个理论。根据这个系统的具体情况,这比研究其它的宇宙论可能还要简单,但也可能靠我们的能力找不到它的错误,或者错误看起来太像是个机制。

“我们人类又是以何种姿态存在于这个世界呢”是非常次要的问题。
在你相信你认识到的东西就是实体的情况下,人的姿态就是你感官告知你的那样。
在你相信你认识到的一切都是你的脑中的信号,或是“相当于你的脑的东西”里的信号的情况下,不存在什么“人的真实姿态”,你能把握的一切都是你建立起来的模型。

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