宇宙大爆炸之前,沒有時間也沒有空間,那麼是否存在引力呢?

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宇宙大爆炸理論是對現有宇宙形成和發展過程最大膽、最有依據、最為完美的一種假設,雖然我們以現在的技術水平無法真正去探知大爆炸瞬間的情景,更沒法去探知大爆炸之前到底是什麼面貌,但是通過對現有宇宙的所有觀測,都無一例外地支撐了以奇點大爆炸為起點的宇宙演化模型。根據這個模型,科學家們推測宇宙大爆炸來源於以體積無限小、質量無限大、溫度無限高為主要特征的奇點的大爆炸,而在大爆炸之前,宇宙既沒有時間,也不存在空間,奇點就是宇宙的全部,那麼有朋友不禁要問了,當時引力是否存在呢?

宇宙大爆炸之前,沒有時間也沒有空間,那麼是否存在引力呢? 科技 第1張

引力是除了電磁波以外,人們在現實生活中最常見的一種基本作用力,另外的兩種基本作用力,即強核力與弱核力,乃是微觀領域表征基本粒子之間相互作用的力。在17世紀中葉,偉大的物理學家牛頓在繼承和總結前人工作和經驗的基礎上,主要包括開普勒三大定律、哈雷等提出的向心力公式、胡克的引力猜想等,提出了著名的萬有引力公式,明確了只要是有質量的物體之間,必然會產生相互吸引的萬有引力,引力的大小與雙方質量的乘積成正比、與它們之間距離的平方成反比。

宇宙大爆炸之前,沒有時間也沒有空間,那麼是否存在引力呢? 科技 第2張

此後,牛頓以力學三大定律以及萬有引力定律為基礎,逐步形成了比較完善的力學體系,從微觀的粒子層面到宇宙天體運行的宏觀層觀,從可以應用這個力學體系進行解釋,從而奠定了近現代物理科學體系的大廈根基。但是,牛頓卻未對引力產生的根源進行詮釋。後來,另一位偉大的物理學家愛因斯坦,在祖先相幹理論以及自己提出的狹義相對論的基礎上,提出了廣義相對論,認為引力的產生來源於物體對周圍空間的曲率產生影響,只要是有質量的物體,就會對周圍的時空產生彎曲,而外圍的物體就會在這種彎曲時空中,沿著測地線以最短最有效的方式進行運動。

宇宙大爆炸之前,沒有時間也沒有空間,那麼是否存在引力呢? 科技 第3張

與其它三種基本作用力相比,引力是作用效果最弱、力程最遠的一種,正因為它理論上可以影響的範圍可以是無限遠,因此掩蓋了它最弱作用效果的這一個短板,許多天文學家長期以來一直將萬有引力作為影響和決定宇宙運行演化最重要的一種驅動力量,後來科學家們又發現了暗物質和暗能量的存在,使得最終的推進力量演變化萬有引力、暗物質和暗能量「三駕馬車」的綜合作用。

宇宙大爆炸之前,沒有時間也沒有空間,那麼是否存在引力呢? 科技 第4張

宇宙來源於奇點大爆炸這個觀點的來源,要歸功於宇宙膨脹的事實,美國天文學家哈勃依據長期觀測和光譜開普勒效應,從來自河外星系發出來的光線均有向光譜紅端移動的現象,推測出目標星系正在遠離地球的結論,並且給出了退行速度與觀測距離之間的線性關係,這個比率即為哈勃常數。2013年,科學家們利用普朗克衛星進一步修正了哈勃常數的值為67.80±0.77(km/s)/Mpc,表達的是在距離地球百萬秒差距(326萬光年)的區域,目標星系相對於地球的退行速度約為每秒68公里。據此,科學家們又結合造父變星亮度變化周期、Ia超新星爆發、宇宙微波背景輻射等,測算出了宇宙138.2億年的歷史以及可觀測宇宙半徑465億光年的範圍。

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基於宇宙膨脹的事實,科學家們利用倒推的思路,認為在138.2億年之前,所有的宇宙物質都來源於同一個地方,這個點被稱為奇點,其主要特征就是質量無窮大、體積無限小、溫度無限高,所有的能量和物質都被壓縮在這個極其特殊的點之上,無窮大的質量造就了無限大的時空曲率,所有的物質基本作用力在此時是完全統一的,也就是說不存在單獨的引力、電磁力、強核力和弱核力,這個統一的力有科學家們稱之為「超力」。而在奇點之外不存在任何的時間和空間。

宇宙大爆炸之前,沒有時間也沒有空間,那麼是否存在引力呢? 科技 第6張

根據科學家們推測,在奇點大爆炸開始的一個普朗克時間,即10^(-43)秒內就完成了大爆炸的主要過程,在這個過程中引力開始從「超力」中分離出來,也就是說引力是現有宇宙中最先出現的基本作用力,此時其它三種作用力還是統一在一起,直到10^(-32)秒前分離出了強核力、千分之一秒前再分離出剩下的電磁力和弱核力。我們現在對宇宙進行的觀測,都是依賴於電磁力的直接表現,而電磁力雖然在宇宙大爆炸之後的千分之一秒就已產生,但是一直到大爆炸之後的38萬年裡,由於正反物質湮滅十分頻繁,產生的光子能量極高,對自由原子和電子的沖擊非常大,因此原子核無法形成,光子不斷與核子、電子發生碰撞,相當於被鎖定在這片等離子雲之內,直到38萬年之後隨著溫度的進一步降低、原子核形成以後才逃離出去。

宇宙大爆炸之前,沒有時間也沒有空間,那麼是否存在引力呢? 科技 第7張

至於宇宙奇點到底是如何形成的,至今仍是科學界最大的謎團之一,很多科學家都進行了大膽的猜想,例如超級黑洞論、量子漲落論、多維宇宙論等等。特別是在量子力學得到不斷發展以後,宇宙的誕生、奇點的來源,逐漸指向了量子漲落,在沒有時空、沒有維度的奇點裡,由於量子世界從來沒有固定的形態,擁有著不確定性,有一定幾率會打破虛粒子產生和湮滅的對稱性,有可能使虛粒子對的一員發生逃逸,引發能量漲落的不確定性,從而推進了宇宙大爆炸的產生。當然量子漲落也是關於宇宙起源一種假說,而關於宇宙的來源這種終極問題,我們無論如何也無法進行驗證。

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