人类的认知范围和能力决定了我们只能关注宇宙诞生之后的事情。
在我们所认知的宇宙里,能量守恒定律如同坚实的基石,始终发挥着作用,至今尚未发现能量不守恒的情况。目前人类所发现的所有科学理论,其适用范围也仅限于宇宙诞生之后,更确切地说,最多能涵盖到普朗克时间和普朗克尺度所界定的范畴。在这个尺度之下,现有的所有理论便失去了意义。
那么,究竟什么是普朗克时间和普朗克尺度呢?普朗克时间是人类能够认识的最短时间单位。想象一下宇宙大爆炸那一瞬间,在 “砰” 的一声还未真正开始的10^-43秒(即一千亿亿亿亿亿分之一秒)起,人类的理论在未来或许有可能解释这个时间段内发生的事情。而普朗克尺度则是人类能够认识的最短尺度,其数值为10^-35米,也就是一千亿亿亿亿分之一米。宇宙从如此微小的尺度开始被人类所认识,而比这更小的尺度则超出了我们的认知范围。
宇宙奇点被视为一切的零点,是时间和空间的起始点。
普朗克时间和尺度尽管极其微小,但无疑是大于零的。因此,人类无法追溯到宇宙大爆炸前普朗克时间和尺度之前的事物。准确地说,当时间短于普朗克时间、尺度小于普朗克尺度时,已知的物理学定律,包括狭义相对论和广义相对论都会失效,并且在这样的情况下讨论这些定律也没有实际意义。
然而,量子理论的出现为这个看似被堵死的认知困境打开了一扇小窗,带来了新的希望。量子理论设想,在物质向奇点坍缩的过程中,由于受到量子过程的影响,物质有可能 “反弹”,并 “向外” 膨胀到另一组维度中。这里所说的 “另一组维度”,已经超出了我们所认知的世界范畴。
以黑洞为例,物质在黑洞强大的无限曲率作用下,不断向零点坍缩,直至时空在奇点处消失,我们所认知的一切也随之不复存在。黑洞的中心就是一个奇点,它具有体积无限小、曲率无限大、密度无限高、温度无限高的特性。
量子力学认为,在黑洞奇点处只留下了一个量子泡沫,这是一个充满无限可能性的量子泡沫,随时可能出现各种奇妙的变化。
宇宙奇点的产生可以看作是黑洞奇点坍缩的镜像反弹,时空和能量从另一组维度爆发到我们所处的世界。
也就是说,宇宙是从超时空的量子泡沫中爆发诞生的,从爆发的那一刻起,时空开始出现。人类作为奇点爆发所产生的这个世界的产物,只能认知从普朗克时间和普朗克尺度之后的事情。从这个角度来看,能量依然是守恒的,只不过这种守恒可能涉及到两个不同维度世界之间的交换与平衡。能量守恒定律是我们这个世界能够测量和验证的理论,但对于两个维度世界之间的能量交换,目前还没有一个完整的理论来进行定量描述。
接下来,让我们深入了解一下量子泡沫的概念。
在量子力学中,量子泡沫、真空零点能、量子涨落等概念紧密相关且大同小异。量子泡沫,又被称为 “时空泡沫”,是由美国物理学家、物理学思想家约翰・阿奇博尔德・惠勒在 1955 年根据量子力学提出的,因此也被称为 “惠勒泡沫”。量子泡沫被认为是宇宙诞生前的一种概念化描述,它随机出现,又随机消失,这种随机性可以用充满不确定性的量子涨落来描述。
这些量子涨落蕴含在真空中,被称作 “真空零点能”。量子理论认为,真空并非一无所有,量子泡沫就蕴含在真空中,它是由正电子和负电子旋转波包组成的系统,其中蕴含着巨大的能量。这种零点能即使在绝对零度的情况下依然充满活性。伟大的物理学家、量子力学奠基人之一的狄拉克将这种真空能描述为起伏不定的能量之海,惠勒估算出真空能量密度可达到10^13J/cm³。
在真空零点能中,随机的量子涨落表现为不断涌现出虚粒子对,它们随机短暂地出现,然后又相互湮灭。然而,在无数次的成对湮灭过程中,偶尔会出现没有湮灭的粒子,奇点便由此产生。可以说,奇点是从超时空的维度膨胀到我们的世界,从而创造了时空。
关于宇宙的归宿,有一种观点认为,宇宙最终会再次坍缩成一个奇点,就像它最初诞生时一样,从何处来又回到何处去。从宏观的角度来看,这体现了一种守恒,即时空、物质和能量的总守恒。尽管我们对宇宙的认识还存在许多未知,但这些理论和概念为我们理解宇宙的奥秘提供了重要的线索和方向,激励着我们不断探索,去揭开宇宙更多的神秘面纱。
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