一个奇点,如何炸出整个宇宙?组成宇宙的所有物质来自何方?
世间所见的一切皆为物质。
宇宙天体、山石树木、尘埃气体,还有你和我,这些无一例外全是物质。那么这些物质从何而来呢?以人类的因果观来看,宇宙不可能一直存在于这里,它必然有一个开始。关于宇宙的起源,一直以来都有多种不同的说法,最广为人知的就是哈勃所提出的宇宙大爆炸理论了。
哈勃是如何得出宇宙大爆炸理论的呢?哈勃在通过天文望远镜进行观测的时候,发现了一个现象,那就是星系间的距离在随着时间的推移而变得越来越远,换句话说就是宇宙在膨胀。既然宇宙间的物质都在相互远离,那么如果我们让时间倒流,那么宇宙间的物质就会越来越近,也就是说在很久很久以前,宇宙是十分致密的。
时间越是回溯,宇宙间的物质就越紧密,最终所有的物质都会聚合在一起,密度不断增大,体积不断缩小,终成一个小点,给这个小点起一个名字,我们叫它奇点。
这个奇点无法用我们已知的物理定律来进行描述,因为它体积无限小,而密度无限大。那么这个奇点又如何会变为整个宇宙呢?一次大爆炸。奇点为什么会爆炸呢?这可能是宇宙大爆炸理论中最大的谜团之一。
对于奇点爆炸原因的解释很多,就像有关宇宙起源的猜想一样多。而其中最为合理的就是正反物质假说了。我们目前已知宇宙间一切的物质皆为正物质,而除了正物质以外,还有与正物质相对的反物质,当正物质与反物质相遇,它们则会发生湮灭。而我们的宇宙之所以能够存在,就是因为正反物质的数量不对称。
宇宙间的正物质要多于反物质,所以在正反物质湮灭之后,余下的正物质便构成了我们现今所见的宇宙。
如果这种假说成立,那么奇点的爆炸就好解释多了。正是因为奇点中正反物质的不对称导致了爆炸的发生,而在此之前,奇点中正反物质应该是对称的,是什么导致了正反物质的对称性发生了变化,这仍未可知。
即使以上的假说全部成立,仍然不能够解决“一个奇点如何炸出整个宇宙”的问题,因为我们还会进一步发问,奇点中的物质又是从何而来的呢?之所以会出现这样的困境,是因为我们企图用常识去理解宇宙的起源。在我们的常识中,一切都是有因果的,而且可以对事情的原因进行一直追问,直到得到一个不需要原因的结果为止。但这并不适用于宇宙。
我们所知的一切规则、常识,乃至物理定律本质上都是对宇宙诞生之后自然规律的总结。
而它们并不适用,也不可能适用于宇宙诞生之前。所以企图用现有的常识和物理定律去理解宇宙诞生之前的事情,本身就是无解的。所以继续追问奇点中的物质来自于何方是没有意义的。我们只能追寻和理解我们认知范围之内的事物,比如在宇宙大爆炸发生之后,组成宇宙的所有物质是如何产生的?
宇宙爆炸之初的物质都是以基本粒子的形态呈现的,这些基本粒子慢慢聚合形成了各种元素,不过最初形成的元素都是一些较轻元素,如氢元素。这些元素在引力的作用下逐渐聚合,慢慢形成了可以发光发热的恒星,恒星上的聚变使氢元素逐渐聚变为氦,氦元素聚变为锂元素以及更重的元素。
恒星的聚变最多到铁元素就会终止。
这是因为铁元素的聚变不仅不会释放能量,反而还会吸收能量,失去了向外的辐射压,恒星便会因引力而坍缩。所以,元素周期表上铁元素以下的元素都可以在恒星的聚变过程中生成,那么比铁更重的元素是如何得来的呢?
当大质量的恒星在因引力发生坍缩之后,物质不断向中心聚集,之后会在瞬间发生反弹,释放巨大的能量,这就是超新星爆发,在超新星爆发的过程中,比铁更重的元素会生成并被释放出来,这些重元素在引力的作用下就形成了行星。也就是说我们日常所见所用的很多物质其实都源于超新星的爆发,就连我们的身体也不例外,比如我们骨骼中的钙元素就是在超新星爆发中形成的。从这一点上来讲,我们都曾经是宇宙中恒星的一部分。