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發布時間:2025-10-26閱讀(8)
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毫無疑問,人類大腦無法真正理解這些數字,并不是對人類智力的公平評價。我們的進化使我們適應了與我們相關的尺度,所以普朗克單位可能看起來太小,或者在溫度的情況下太大,以至于沒有實際用途。但是,當我們思考宇宙初始時刻那個無法測量的微小瞬間,這些單位才真正發揮作用。因為我們的宇宙正在膨脹,變得不那么密集,并且在整個歷史過程中一直如此。科學家并不知道我們的宇宙是否是無限的,但如果是的話,它一直都是無限大的,而不是從一個單點開始。隨著時間的推移,宇宙并不會增長,而只是變得不那么密集。我們可觀測的宇宙,也就是我們能夠看到、相互作用的部分,受到光速和自宇宙誕生以來已經傳播的距離的限制,這距離為138億年。然而,隨著時間的倒退,可觀測宇宙的部分縮小并變得更加緊湊,直到最終我們回溯到一個時間點,宇宙中的一切只有一個普朗克時間的年齡,一個普朗克長度的直徑,我們可觀測的宇宙,包括宇宙的最初一瞬間,都被稱為普朗克時刻。在時間和空間開始之后的每一秒,我們所經歷的一切都受到某些不可改變的自然定律的支配,這些定律最終由四種主要力量的相互作用所控制。這四種力量是:將原子團結在一起的強力,控制某些類型的放射性衰變的弱力,將能量分布在很遠距離上的電磁力和引力。正如普朗克在19世紀末預測的那樣,強力、弱力和電磁力可以量子化,表示為微小的相互作用單元,類似于物質的粒子。這些所謂的信使粒子分別被稱為膠子、W和Z玻色子以及光子。但是引力是不同的,通過愛因斯坦的廣義相對論,他推翻了經典力學對引力的定義,將其概念化為時空的彎曲,是現實本質的一種扭曲。 通過各種大規模實驗,廣義相對論一次又一次地得到驗證,引力誘發的時空彎曲現在被認為是宇宙固有的屬性,影響其中的所有物質和能量。因此,在普朗克時刻,在任何常規自然定律產生之前,最早顯現的是引力。但是問題在于,我們今天對引力運作的所有認識都基于愛因斯坦成功的理論,但是這個理論只在較大尺度上得到了測試和驗證。然而,宇宙演化的早期階段,我們整個可觀測宇宙被壓縮到比質子小很多萬倍的區域,因此廣義相對論并沒有太大幫助。相反,極小尺度的動力學由量子力學統治著,在這個尺度上,我們可以將物質的個別亞原子粒子或量子化的力與能量的信使粒子考慮在內,適用一套完全不同的規則。在這個領域,物質永遠不在你所期望的地方,觀察的行為本身就改變了結果,量子物理學家不處理絕對的概念,而是考慮概率,而且事物從來都不會長時間保持不變。幸運的是,這個無法無天的量子世界只在納米尺度上占主導地位,當我們達到我們更熟悉的尺度時,事物的規律就會回歸我們的認知正常。但是,在普遍的納米尺度的宇宙演化的早期階段,量子無法被回避,這就是理解事物在那一刻實際上是如何運作的問題,廣義相對論和量子力學在本質上是不兼容的,因此研究人員仍在尋找解決方案,一種被稱為量子引力的理論,能夠協調現代物理學中最重要的兩個理論,并正確描述普朗克時刻的宇宙行為。不幸的是,這個問題無法通過實驗手段合理地解決,考慮到需要產生和研究所需的巨大能量。 在對撞機設施內的其他力量信使粒子和引力在定義所有時空中所占據的高位平面,要真正探測到普朗克時刻極端情況下的引力,需要一個粒子加速器,其直徑大約相當于我們整個太陽系,但這并不妨礙理論上的推測和推斷。有一種觀點認為,像自然界的其他基本力量一樣,引力也是由一個信使粒子傳遞的,這個量子單位的引力已經被稱為引力子。但是,作為一種力量,引力比其他力量弱得多,因此其微弱的引力子幾乎不可能被檢測到。另一種被稱為環量子引力的理論在這方面非常不同。在這種理論中,物理學家想象時空的光滑和不斷變化的幾何形狀在最小的尺度上最終被像素化,并通過用線或環代替點來重寫愛因斯坦的廣義相對論方程,量子尺度上的引力計算變得更加容易。 也許最有可能的量子引力解決方案繼續在理論物理的背景中咆哮,弦理論將傳統物理學的點狀粒子想象為一維振動的弦,而這些弦的振動狀態定義了什么是粒子,以及難以捉摸的引力力量。然而,為了使弦理論的數學成立,必須涉及不少于10或11個維度,其中許多維度將被折疊在自身或劃分為二維或五維結構,被稱為大腦,這是一個甚至更難以捉摸的總體理論的基本對象,簡稱M理論。 因此,這些關于量子引力如何實際工作的假設每一個都比上一個更令人費解,根植于數學的抽象,幾乎無法形象化。
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