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宇宙如何開始?(3)

發布時間:2025-10-26閱讀(3)

具有諷刺意味的是,在上世紀50年代,當量子力學科學還處于萌芽階段時,美國理論物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒為我們提供了關于那個動蕩混亂時期的具體描述。他想象早期宇宙由一種冒泡的、充滿活力的量子泡沫組成。這種量子泡沫如惠勒所描述的那樣產生于量子尺度上相互作用的動態和不可預測的本質。海森堡的不確定性原理嚴重地影響了我們在普朗克尺度宇宙中定義長度、時間或能量的能力,因此我們今天所熟悉的連續而連貫的時空被一種固有的不可預測和變化的泡沫狀紋理所取代,這個紋理會隨機地變動和改變。量子微小的黑洞和蟲洞會自發地產生,然后毫無痕跡地消失,沒有任何明顯的因果關系。在這個高能超緊湊和微縮的宇宙中,短暫的時刻里,任何事情都有可能發生。然而,僅僅在一億億億億分之一秒后,普朗克誤差的普遍不可預測性結束了,因為宇宙微小的膨脹和冷卻宣告了一個新時代的到來。在接下來的一段時間里,宇宙的外觀和行為將與今天完全不同,但從現在開始,我們目前的理論至少有機會描述正在發生的事情。我們宇宙中的一切都受到自然界的四個基本力量的控制和定義。想象一下打開電視,引力將你牢牢地固定在椅子上,將地球的大氣層保持在表面附近,并使地球繞著最近的恒星運行,為你持續存在提供了一個適宜居住的環境。然而,盡管如此,引力相對較弱,你可以用一只胳膊的肌肉來克服它,將遙控器舉起來響應你的按鈕按下。看不見的紅外光電磁輻射從遙控器前方穿過起居室,圖像在你面前活躍起來。

數百萬個微小的像素發射可見光,這是另一種電磁輻射形式,它穿過房間并進入你的眼睛。你的眼球本身是進化創新的奇跡,但它們最終依賴于原子內部的電子和核子的特性和行為,它們由電磁力將其維持在一起。原子核本身是由強核力將質子和中子聚集在原子中心的。不僅如此,這些質子和中子實際上是由三個更小的亞原子粒子稱為夸克組合而成的,它們也受到相同力的束縛。你身體中的每個原子,存在的電視,甚至整個宇宙本身都依賴于這種力量,因為你的眼睛聚焦并與屏幕上的圖像進行交互,你大腦內的每根神經每秒最多發射200次。所有這些協調的電位都依賴于體內鉀的適當平衡,像其他元素一樣,鉀也是由強核力維持在一起,但還有其他因素在起作用。因為鉀具有微弱的放射性,大約每秒有5000個鉀原子放射性衰變,這是由弱核力驅動的衰變。所以,在距離我們150億公里的地方,太陽的核心像恒星熔爐一樣燃燒,靠氫聚變成氦提供動力。這種極為強大的反應負責保持地球的可居住溫度,在銀河尺度上,構成行星、電視、你以及所有事物的元素也依賴于弱核力。

這四個基本力量,引力、電磁力以及強核力和弱核力共同作用,塑造了我們對宇宙的體驗,而且在我們宇宙多億年的歷史中一直如此。但在時間的最初瞬間,條件相互作用,創造出了一套非常不同的規則。在緊密統一紀元中,這是繼普朗克時刻之后的階段,只存在兩種力量。但這是如何發生的呢?將這個問題形象化的關鍵在于拋硬幣。拋硬幣來決定兩個同等重要的選擇之間的結果,正面代表一方,反面代表另一方。決策只有在硬幣停下來,通過拇指和食指的彈動提供的能量完全耗盡之后才能確定。在此之前,當硬幣充滿能量,在空中或桌面上旋轉時,甚至無法區分兩個面,也就是你可選的兩個選擇。只有一個旋轉的球體,具有自己的特征。這正是當我們觀察更高能量下的基本力量行為時所遇到的情況。新生宇宙中存在的能量增加了溫度,使弱核力和電磁力的獨立屬性開始減弱和模糊,彼此融為一體。我們不再看到電磁力的明確正面和弱力的反面,而是兩種力量的旋轉無面力量的統一體。

所謂的電弱力進一步提高了能量,旋轉硬幣的概念再次適用于強力和電弱力。當溫度足夠高時,這兩者會模糊成一個統一的整體,這個過程被稱為大統一。這三個主要基本力的最終統一形成了被稱為電強力的力量。盡管這個整潔的旋轉硬幣理論的大統一尚未在實驗上得到確鑿證明,盡管粒子加速器內的高能碰撞可以指引我們朝著電磁力和弱力的結合方向,但要讓強力以類似于引力的方式失去其特性,需要更高能量的百萬億倍,第四個基本力——引力是否被納入統一體中,這是一個關于神秘而不可預測的普朗克時刻的問題,也是量子引力競爭理論中的另一個問題。(www.Ws46.com)

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