宇宙真的是无穷大吗,黑洞在宇宙中是什么样的存在?

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迄今为止,人类对于宇宙的探索越来越频繁,但可观测的宇宙还是有范围的,至于宇宙的准确范围我们目前无从得知,不排除无穷大的可能,于是我们人类一直在浩瀚的宇宙中探索,随着探测技术的提高,我们发现了黑洞的存在,而人类对于黑洞总是抱着强烈的好奇心,想要探究它在宇宙中到底是什么样的存在。

关于我们的宇宙一个最大的谜团就是:我们的宇宙真的是无穷大吗?

宇宙的起源

这是科学家们一直以来都探讨的问题,首先是牛顿提出了著名的万有引力定律,但这并不能解决我们的宇宙起源问题,后来在万有引力定律的基础上,牛顿认为宇宙中的任何万物都在万有引力的作用下向中心聚拢,最后聚拢成一个点,他认为宇宙是无限大的,处处都是中心,处处引力平衡,那么宇宙也就不会向中心聚拢,但是这些天体被谁推动的,他却无法解释。

直到爱因斯坦广义相对论的场方程提出,在他看来宇宙是静态的,是永恒的,因此爱因斯坦在这个场方程中加了一个宇宙学常数,换句话来说,只要这个常数进行合理的取值,那么宇宙就可以处于静态,但是在当时有许多科学家不认同爱因斯坦的观点,他们则认为宇宙学常数应该去掉,宇宙就应该是膨胀,如果按照时间往回推演,宇宙的诞生是源于一个奇点。这也就是说宇宙是随着时间的流逝而发生膨胀的。

在上世纪20年代的时候哈勃突破了这一问题,由于他长期观测银河系的天体,所以发现绝大多数的天体都在离我们远去,而且离我们距离越远,其速度就越快,这进一步说明了空间在膨胀,以至于这些天体也在远离我们,这是对于宇宙大爆炸这一问题的第一个观测证据。

随后在上世纪60年代宇宙微波背景辐射的发现以及氦元素丰度的确定更加让科学家们确信了宇宙大爆炸的理论。

目前根据普朗克卫星观测,我们知道了宇宙大约诞生在138亿年前,现如今宇宙中的物质粒子都是在宇宙大爆炸之后4分钟内形成的。

宇宙膨胀

在宇宙大爆炸之后的瞬间,就发生了剧烈的膨胀, 在大爆炸后的10^-35秒,宇宙进入暴涨期,而就在10^-33秒内,宇宙膨胀了2^100倍,随着空间的膨胀,温度也在逐渐下降,时至今日宇宙还在继续膨胀下去。

1929年,哈勃在对河外星系的红移进行观测的过程中,得出了宇宙在不断膨胀的结论,哈勃还指出:星系远离我们的速度和它们与地球的距离成正比,并提出了著名的哈勃定律:退行速度=距离哈勃常数,目前观测到的哈勃常数为H=6780±077km/s/Mpc,即距离每增加一百万秒差距,退行速度增加6780千米每秒,这也就是说宇宙膨胀速度已经超越了光速。

目前根据理论人类得到,我们的宇宙有着930亿光年的可观测直径,就算以宇宙中最快速度的光速飞行,穿越宇宙也需要930亿年时间,而可观测宇宙是一个以观测者为中心的球体空间,包括目前从地球上观测到的所有物质,在我们的整个宇宙中包括了可观测部分和不可观测的部分,其中的不可观测部分是人类无法观测到的宇宙区域。

总而言之,由于目前人类对于宇宙的观测能力还是有限的,因此宇宙的不可观测的宇宙范围是无法确定的,所以宇宙的大小至今还是一个迷,但目前的可观测宇宙范围为930亿光年。

近一个世纪以来,黑洞虽然经常被人们提起,而且在霍金生前也曾经对黑洞展开过一系列研究,但是,黑洞究竟是怎样的存在呢?

黑洞的形成

黑洞大多数都是由恒星演化而来,并且能否成为黑洞的决定性因素就在于恒星的质量大小,因此我们可以理解为黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽死亡后,发生引力坍缩所形成的。

众所周知,恒星在最初只含有氢元素,而由于其内部氢原子每时每刻都会发生裂变、聚变,再加上恒星的质量又很大,内部发生裂变与聚变的过程中产生的能量足够与恒星的万有引力相抗衡,以维持恒星结构的稳定,而且由于发生裂变与聚变,氢原子内部结构也会发生改变,破裂并组成其他新的元素,直至铁元素的生成,之后恒星就会坍塌。

由于铁元素比较稳定并不能够参与裂变或聚变只能存在于恒星内部,这导致恒星内部不具有足够大的能量可以和大质量恒星的万有引力抗衡,从而引发了恒星坍塌,产生超新星爆炸,而爆炸会冲散核心外层的物质,如果它剩下的质量大于3倍太阳的质量,引力会再次使它坍缩,最终形成一个密度无限大的点,这就是黑洞。

当一颗恒星逐渐衰老时,热核反应也就会随之耗尽中心燃料,再加上其中心产生的能量少,这就导致没有足够的力量来承担外壳的质量,于是在外壳的压力下,核心便会开始坍缩,直到最后形成体积无限小、密度无限大的一种星体,而且当其半径一旦收缩到小于史瓦西半径的时候,巨大的引力就会使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系,“黑洞”也就由此诞生了。

爱因斯坦也曾在《广义相对论》中表示,在宇宙中存在着一种神秘的天体,它的引力和密度都非常大,即使是光,也没有办法摆脱它的束缚。

黑洞能直接观测到吗?

黑洞不同于其他普通的天体,我们极难直接观测与丈量到黑洞,于是只能采用间接方法才能获得黑洞的有关信息,即使这样,科学家们仍然相信,当大质量的恒星演化到晚年,经过超新星爆发,就有可能坍缩成黑洞,并且在宇宙早期也会形成一些小黑洞。

虽然小黑洞的体积只有原子核那么大,但是质量却和一座山差不多重,可高达上亿吨,并且里面蕴藏的能量相当于10个大型的发电站,著名的物理学家霍金认为即使在未来的某一天宇宙灭亡,黑洞依然会存在于宇宙中,并不会随着宇宙的灭亡而消失,可见黑洞的力量是十分强大的,并不是我们人类所能控制的。

黑洞的质量虽然极其巨大,但是体积却十分微小,而密度却大得惊人,每立方厘米就有几百亿吨甚至更高,所以它产生的引力场极为强大,以至于任何物质进入到黑洞内,便会被吞噬掉,我们都知道光速是宇宙中的最极限运动速度,但在黑洞面前,光速就只能算得上“龟速”了,天文学家们曾断言几乎没有光子能逃脱黑洞的吸引与追捕,从这一角度我们可以看出黑洞只吸收光而不反射光。

虽然黑洞对人类来说就像一个谜,并没有人以肉眼可见来证明它的存在,但是经过天文学家们的探测发现,黑洞强大的吸引力会影响它附近的天体,也就是说这些天体在被黑洞吸引、吞没的过程中,会发射出x射线或γ射线,因此科学家们可以通过观测这些射线来发现黑洞存在于宇宙的踪迹。

宇宙(Universe)在物理意义上被定义为所有的空间和时间及其内涵,包括各种形式的所有能量,比如电磁辐射、普通物质、暗物质、暗能量等,其中普通物质包括行星、卫星、恒星、星系、星系团和星系间物质等。

宇宙还包括影响物质和能量的物理定律,如守恒定律、经典力学、相对论等。

大爆炸理论是关于宇宙演化的现代宇宙学描述。根据这一理论的估计,13799±021亿年前的大爆炸后一同出现,随着宇宙膨胀,最初存在的能量和物质变得不那么密集。最初的加速膨胀被称为暴胀时期,之后已知的四个基本力分离。

宇宙逐渐冷却并继续膨胀,允许第一个亚原子粒子和简单的原子形成。暗物质逐渐聚集,在引力作用下形成泡沫一样的结构,大尺度纤维状结构和宇宙空洞。巨大的氢氦分子云逐渐被吸引到暗物质最密集的地方,形成了第一批星系、恒星、行星以及所有的一切。

空间本身在不断膨胀,因此当前可以看见距离地球465亿光年的天体,因为这些光在138亿年前产生的时候距离地球比当前更近。

虽然整个宇宙的大小尚不清楚,但可以测量可观测宇宙的大小,估计其直径为930亿光年。在各种多重宇宙论中,一个宇宙是一个尺度更大的多重宇宙的组成部分之一,各个宇宙本身都包括其所有的空间和时间及其物质。

随着巡天观测技术水平的逐步提高,人类不断尝试绘制整个宇宙的全貌。2021年1月14日,国家天文台北京-亚利桑那巡天(BASS)团队和暗能量光谱巡天(DESI)团队联合发布最新巨幅二维宇宙地图。

《淮南子·览冥训》:“而燕雀佼之,以为不能与之争於宇宙之间。”高诱注:“宇,屋檐也;宙,栋梁也”。《庄子·让王》:“余立於宇宙之中,冬日衣皮毛,夏日衣葛絺;春耕种,形足以劳动;秋收敛,身足以休食;日出而作,日入而息,逍遥於天地之间”。

《淮南子·原道训》:“横四维而含阴阳,紘宇宙而章三光”。高诱注:“四方上下曰宇,古往今来曰宙,以喻天地”。

所谓宇宙射线,指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流。1912年,德国科学家韦克多·汉斯带着电离室在乘气球升空测定空气电离度的实验中,发现电离室内的电流随海拔升高而变大,从而认定电流是来自地球以外的一种穿透性极强的射线所产生的,于是有人为之取名为“宇宙射线”。
宇宙射线还存在着转化、簇射的过程。除中微子外,几乎所有的高能宇宙射线,在穿过大气层时都要与大气中的氧、氮等原子核发生碰撞,并转化出次级宇宙线粒子,而超高能宇宙线的次级粒子又将有足够能量产生下一代粒子,如此下去,一级一级的转化,将会产生一个庞大的粒子群。1938年,法国人奥吉尔在阿尔卑斯山观测发现了这一现象,并将其命名为“广延大气簇射”。
时至今日,宇宙射线的研究已逐渐成为了天体物理学研究的一个重要领域,许多科学家都试图解开宇宙射线之谜。可是一直到现在,人们都并没有完全了解宇宙射线的起源。一般的认为,宇宙射线的产生可能与超新星爆发有关。对此,一部分科学家认为,宇宙射线产生于超新星大爆发的时刻,“死亡”的恒星在爆发之时放射出大能量的带电粒子流,射向宇宙空间;另一种说法则认为宇宙射线来自于爆发之后超新星的残骸。
不管最终的定论将会如何,科学家们总是把极大的热情投入到宇宙射线的研究中去。关于为什么要研究宇宙射线,罗杰·柯莱在其著作《宇宙飞d》作出了精辟的阐释:
“宇宙射线的研究已变成天体物理学的重要领域。尽管宇宙射线的起源至今未能确定, 人们 已普遍认为对宇宙射线的研究能获得宇宙绝大部分奇特环境中有关过程的大量信息:射电星系、类星体以及围绕中子星和黑洞由流入物质形成的沸腾转动的吸积盘的知识。我们对这些天体物理学客体的理解还很粗浅,当今宇宙射线研究的主要推动力是渴望了解大自然为什么在这些 天体上能产生如此超常能量的粒子。”
出于对宇宙射线研究的重视,世界各国纷纷投入资金与设备对其展开研究。前苏联、日本、中国、美国、法国等国家相继建立了宇宙射线观测站。虽然宇宙射线的起源尚无定论,但科学家们仍然逐步了解了宇宙射线的种种特性,以及对地球和人类环境的影响。
虽然当宇宙射线到达地球的时候,会有大气层来阻挡住部分的辐射,但射线流的强度依然很大,很可能对空中交通产生一定程度的影响。比方说,现代飞机上所使用的控制系统和导航系统均有相当敏感的微电路组成。一旦在高空遭到带电粒子的攻击,就有可能失效,给飞机的飞行带来相当大的麻烦和威胁。

外星人不确切,确切的说应该是外星生物!为了简便我就拿外星人说了,外星人是肯定存在的,只不过我们没有能力发现他们罢了,我们的认知水平没有到那种程度,宇宙大无边,我们人类只是生活在一个小小的地球罢了,地球以外的世界还很大,我们还认识不了那么遥远,打个比方,几千年前生活在黄河流域的古人类只知道他们那里有人类,但那时他们知不知道中国的另一些地区也生活着人类呢?甚至在地球的另一边有外国人生存着呢?那时的人类哪有那么多思想啊!同样的道理,把那时的黄河流域扩大一点,变成现在的地球,但是即使我们生活的范围扩大了,对无限广阔的宇宙来说也是小之又小啊!所以对于有无外星人的观点来说,即使我们没有证据说明却有外星人,但我们还是要相信,外星人不是没有,而是我们没有发现他们! 飞碟和外星人的传说 既然天体间的距离极其遥远,既然外星人存在的可能性微乎其微,既然宇宙航行困难重重,为什么书报杂志,电视台广播电台以及因特网上会有那么多飞碟和外星人的报道呢不明物体在天上飞行的事情,古代就有记载。但是,真正引起注意的不明飞行物的报道,始于1878年1月,当时美国德克萨斯州一个农民在田间劳动时,看见空中有一个圆盘状的物体在飞行。当时飞机还没有问世,这一奇特的现象在报纸上发表后,引起了社会的轰动。有150多家报纸刊物转载了这条消息,成为现代不明飞行物报道的最早事例。不明飞行物在英语中是Unidentified Flying Object,取三个单词的第一个字母组成它的缩写就是UFO。香港和台湾有的书上,把UFO三个字母的发音直接用汉字写出,叫做“幽浮”,这就使它带上了神秘的色彩。 第一个UFO的报道出现在1947年6月24日,这篇报道说,民航机飞行员肯尼斯·阿诺德在华盛顿州雷尼尔山谷附近搜寻一架莫名其妙失踪飞机的时候,突然发现空中有9个碟状的闪光飞行物,每个的直径大约有30米左右,像在水面上打漂的碟子一样,正在以每小时2000公里的超高速跳跃着向前飞行。记者在报道中使用了“飞碟”这个词。从此“飞碟”和“UFO”一起成为不明飞行物的代名词。 由于这个事件影响很大,为了查明真相,1950年4月,哥伦比亚广播公司著名记者爱德华·R·莫罗又采访了阿诺德,采访中阿诺德声明,1947年关于他看见不明飞行物的报道“没有正确地引用我的话。各家报纸对我的话夸大其词……我当时说,这些物体在上下波动,就像,啊,我看就像是漂泊在波浪汹涌的水面上的小船。当我形容它们怎么飞行的时候,我说它们的飞行就像在水面上抛出一个碟子。大多数报纸误解了我,并且错误地引用了我的话。报纸说我说这些物体就像碟子一样。而我是说,它们飞行的样子像碟子。”阿诺德说他看见了一连串9个物体,其中一个发出了“可怕的蓝色闪光”。阿诺德得出结论说,它们是一种新式的带翼飞机。莫罗在采访报道最后总结说:“1947年的报道是一个历史性的错误。阿诺德先生最初的描述被人们遗忘,而‘飞碟’却成为家喻户晓的词汇。” 最早把飞碟和外星人联系起来的,是美国亚利桑那的气象学家麦克唐纳和美国西北大学的海克两人。他们在20世纪60年代中期提出,有些飞碟是外星人造访地球所乘坐的宇宙飞船。这个观点非常符合一般人爱幻想、爱猎奇的心理,立即成为新闻炒卖的热点,至今长盛不衰。 半个多世纪以来,媒体对UFO的报道已经超过100万次,现在光是美国,平均每天就有200多起关于飞碟或外星人的报道,其中有10起左右抓住外星人、或者与外星人直接接触的报道。全世界就更多了。这些报道都有非常具体的时间、地点、人物、事件经过,很多还有目击者的照片、录音和访谈的录像等等。如果我们都相信这些报道,那么我们这个世界上外星人就太多了。随着我们国家一步步融入世界大家庭,我国的飞碟和外星人报道也逐渐多了起来,市面上现在有的书籍,多半还是翻译或编译或改写外国人的,其中相当多的故事是外国报纸上4月1日“愚人节”所编的愚弄人的“新闻”,我们有的作者不知道是真愚蠢,还是真想发财,竟把它当做真事推销给我们。多数科学家都承认,我们现在的文明还是一个很幼稚的文明,宇宙、地球、人类……还有很多很多的奥秘是我们所不了解的,这就是我们还需要科学研究和科学家的原因。但是如果把我们不了解,不知道的事都归结到外星人头上,都用外星人来解释,那就离科学太远了。 在新闻自由的国家里,出于商业目的,什么“新闻”都是可以制造的。飞碟和外星人常常被作为新闻题材进行炒作,半个多世纪以来,已经为各种报纸、电台、电视台、制片商、出版商创造了丰厚的利润,同时也把一个严肃的科学问题引导到了完全背离科学的歧路上。 截至目前为止,世界上还没有哪一个严肃的科研机构或者严肃的科学家(注意,不是带引号的“科学家”)声称发现了外星人或者外星人的宇宙飞船——飞碟。 当代最伟大的科学家和科普专家、美国天文学会行星科学学会主席、美国地球物理学会联合会行星研究会主席、美国科学促进协会行星协会主席、宇宙生物学的创始人卡尔·萨根,在著名的科普著作《魔鬼出没的世界》一书中专门讲到各种有关外星人和飞碟的报道的起源,他说:“我们经常被那些支离破碎、吹嘘得吓人的UFO(英文“不明飞行物”的缩写)的传说所缠绕,却很少听到编造者所受到的惩罚。这并不难理解:什么能够推销更多的报纸和书籍什么能够得到人们更多的关注什么能使人感到更有趣什么能使我们打发令人难熬的时间是真的坠毁的外星飞船,还是那些经验丰富的骗子在骗那些傻瓜兜里的金钱是威力无边的外星人在耍弄人类,还是有人根据人类的软弱和缺陷而总结出的看法” 2001年03月10日,美国中情局首次大规模解密了859份秘密情报文件。这些时间横跨1947年至1991年的秘密文件,内容五花八门,但其中最让人感兴趣的却是美国中情局从20世纪40年代末一直到现在对UFO现象的研究。美国中情局对UFO现象50余年的研究结果证实:前期的UFO现象可能是前苏联政府为了制造美国社会混乱的阴谋;后期的UFO现象则是中情局绝密间谍飞机秘密实验导致的。一句话,UFO迄今为止尚没有证据表明其存在! 2001年4月22日,英国《泰晤士报》报道,成立于1953年,鼎盛时期在全球各地拥有1500名会员,最多时每星期可以接到30份UFO目击报告的英国UFO(不明飞行物)部门,由于可供调查的线索日趋减少,日前已被宣布撤销。这从另一方面说明,随着公众科技素质的提高,人们对UFO事件的关注越来越少,越来越多的人不再把它和外星人联系在一起,而是更多的用自然科学观点看待它。

关于极早期宇宙的一组模型的通称,这些模型包括一个短暂的(
指数的)快速膨胀,在远远不到一秒钟的时间内,将现在已成为可观测宇宙的东西,从一个比质子还小很多的体积,炸开到大约柚子那么大。这个过程应该能够抹平时空而使宇宙平坦(见平坦性问题),也应该能解决视界问题。 观测到的宇宙膨胀暗示,它是150-200亿年前从一个密度无穷大的奇点起源的。量子物理学认为这种极端的说法没有意义,应该改为膨胀起始于直径不超过普朗克长度米)的一个区域,因而当时的密度不是无穷大,而是‘只有’大克每立方厘米。
第一个难题是,如此致密的东西怎么能够膨胀——它应该拥有极其强大的引力场,在它刚刚诞生后就会把它变成黑洞并(重新转为奇点)归于消失(见免费午餐宇宙)。
暴涨模型提出前,大爆炸理论的其他问题涉及时空的极度平坦(意味着宇宙的膨胀和引力的反抗达到平衡,致使宇宙精确地处在永远膨胀和终将发生坍缩至大崩塌这两者的分界线上;见密度参数),以及宇宙显示的极度均匀性和各向同性,这种性质以背景辐射的均匀性展现得最清楚。
当宇宙仍如普朗克长度那么大时,如果给它一个猛烈的向外推动(其作用犹如反引力),所有这些问题都能得到解决。如此小的一个空间区域真是太小,开始时不可能包含不规则结构,所以最初它是均匀和各向同性的。以光速传播的信号有非常充裕的时间在难以置信的微小体积内互相交叉,所以不存在视界问题——胚胎宇宙的两边彼此‘知晓’对方。而时空本身因膨胀而变得平坦,就像放入水中的梅干泡发后,布满皱纹的梅干表皮变得平滑。与标准大爆炸模型一样,我们仍然可以把宇宙类比于膨胀气球的外膜,但现在必须把它看成在其存在的最初瞬间大大暴涨了的实在的巨大气球。 奇妙的是,时空的这种指数膨胀,可用威廉·德西特在1917年根据广义相对论提出的首批宇宙模型之一加以准确描述。德西特的这个模型仅仅被当成与现实宇宙无关的数学珍品达半个多世纪;现在却成了暴涨宇宙学的基石之一。
暴涨的特质之一是,它似乎进行得比光速更快。即使是光也要10亿分之3秒(3秒)才能走完l米,而暴涨只用了大约5秒就把宇宙从远小于一个质子的大小扩大到直径10厘米。这种情形之所以可能,是因为膨胀的是时空本身,物质只是被它带动而已;不论在暴涨期间或是自暴涨发生以来,没有任何东西通过时空的运动可以比光更快。确实,正是由于膨胀是如此快速,物质才没有来得及在膨胀进行期间运动,这个过程在变成我们今日宇宙的原始量子泡最初的均匀性中‘凝固’了。 暴涨剧本在其不长的历史中已经历了好几个发展阶段。第一个暴涨模型是莫斯科朗道理论物理研究所的阿列克谢·斯塔罗宾斯基(Alexei Starobinsky)在1970年代末提出的——不过当时不叫‘暴涨’。那是一个基于量子引力理论的极其复杂的模型,后来称之为‘斯塔罗宾斯基宇宙模型’,在当时的苏联宇宙学家中引起了轰动。可惜,苏联科学家那时仍然很难出国旅行或与苏联势力范围以外的同行通讯,有关消息未能传播到苏联以外。
1981年,当时在麻省理工学院的艾伦·古斯,在对斯塔罗宾斯基的工作毫不知情的情况下,发表了一个不同的暴涨理论版本(《物理学评论》,32卷,347页,1981年1月)。这个版本影响更大,原因有二,其一是比较明白易懂,其二是身在美国的古斯能够和全世界的同行自由探讨他的观点。而古斯给他描述的过程所起的名称‘暴涨’极富感染力,也给他带来了意外的好运。虽然古斯的原始模型在一些细节上有明显缺陷(他当时也承认这点),但正是这一版本的观点使所有宇宙学家明白了暴涨的威力。
1981年10月,在莫斯科召开了一次以暴涨为主题的国际会议。斯蒂芬·霍金提交了一篇论文,声称暴涨根本不能成立;安得列·林德则公布了一份叫做‘新暴涨’的改进版本,避开了古斯模型遇到的困难。有趣的是,林德是霍金谈话时的正式翻译,承担了给听众传达与他自己对立的观点这一令人为难的任务!但在正式发言之后,霍金终于相信林德是对的,暴涨也可能成立。几个月后,宾夕法尼亚大学的安德里亚斯·亚布勒希特(Andreas Albrecht)和保罗·斯坦哈特 (Paul Steinhardt)发表了他们的新暴涨理论;到1982年底,暴涨已经稳固地确立了它的地位。
此后,林德参与了大多数重大理论发展。下一步进展是认识到不必对膨胀成我们这个宇宙的普朗克大小的时空区做任何特别的规定。如果那是一切标量场均成立的某个更大时空区的一部分,那么只有标量场能引发暴涨的那些时空区才能导致出现我们自己这样的宇宙。林德把这叫做‘混沌暴涨’,因为标量场在早期的超级宇宙的不同地点可取任何数值;这是今天的暴涨理论标准版本,可视为与人择原理有关的理论思维的一个例子(注意,这里使用‘混沌’一词和日常所指的一团糟意义相似,与称为‘混沌理论’的数学科目无关)。
混沌暴涨思想导致暴涨理论(迄今)最重大的进展。标准大爆炸宇宙学未能回答的主要问题是,奇点‘之前’是什么。人们常说这个问题没有意义,因为时间是从奇点开始的。但混沌暴涨认为,我们的宇宙是在某个预先存在的时空区中、由量子涨落生长而成的,而且在我们自己的宇宙内部也能经由完全等效的过程创造出暴涨区。总之,新宇宙可以从我们的宇宙分离出来,我们的宇宙本身可能是从另一个宇宙分离出来,这是一个没有起始也不会终结的过程。关于这个话题的一种说法是,‘分离’过程是通过黑洞进行的,每当一个黑洞坍缩为奇点,它会‘跳’出来并进入另一组时空维度,创造出一个新的暴涨宇宙——这就是称为婴儿宇宙的情景。
永远暴涨及自我生产宇宙的思想,与弗雷德·霍伊尔及加扬·纳里卡提出的稳恒态假说版本,有一些相似之处。在这个版本的稳恒态假说中,创造场扮演着发动暴涨的标量场的角色。1994年12月,在伦敦召开的一次皇家天文学会会议上,霍伊尔曾经牵强附会地指出,暴涨理论的有关方程式与他的稳恒态理论版本中的完全一样,只不过将字母‘C’换成了希腊字母‘φ’而已(译注:英文‘创造’一词的首字母是‘C’,所以创造场又叫做C场。在数理科学中,希腊字母‘φ’常代表标量,所以有时称标量为φ场。两个称谓的差别就是‘C’和‘φ’的不同,故霍伊尔如是说。)。‘这’,霍伊尔(很不老实地)说,‘就是全部分歧所在’。
暴涨理论的当代支持者得出的这些方程式与霍伊尔的方法完全无关,他们不愿意接受这种抽掉了他们的大爆炸模型之宇宙学精髓的类比。确实,当1980年古斯被问及当时全新的暴涨概念与稳恒态理论有何关系时,据说古斯的反应是‘什么是稳恒态理论?’不过,虽然一般认为暴涨是大爆炸宇宙学的发展,但更恰当的是把它看成大爆炸和稳恒态两种理论的最佳特点的结合。
所有这些好像一场无谓的哲学争论,它和论证多少个天使可以在一个针尖上跳舞一样手事无补,惟一说明问题的是COBE卫星的背景辐射观测资料,这些资料揭示的微小不规则结构图景与暴涨理论预言的完全一致。对暴涨概念最早期(早在1981年)的担心之一是,它也许太过完美以致难以信其为真。特别是,如果这个过程能如此高效地抹平宇宙,那么像星系、星系团等等那样大的不规则结构怎么能够产生?但是,当研究者更仔细考察这些方程式后,他们认识到,甚至在我们宇宙的直径大约是厘米——比普朗克长度大1亿倍——时,量子涨落应该仍然能在宇宙结构中引起微小的涟漪。
理论认为,暴涨之后这些涨落被扩大,表现为宇宙中物质和能量分布的不规则性。这些密度扰动应该在物质和辐射解耦时期(约在大爆炸30万年后)给背景辐射留下印记,使背景辐射正好具有先由COBE卫星、后由其他仪器探测到的那种不均匀性。解耦以后,密度涨落增长为当前星系分布所显示的宇宙大尺度结构。这意味着COBE卫星的观测确实提供了宇宙年龄不到秒钟时,究竟发生过什么事情的信息。
没有其他理论能够解释何以宇宙总体上如此均匀,却又包含了以星系空间分布和背景辐射变化为代表的这种‘涟漪’。这并不证明暴涨理论正确,但值得记住,如果COBE卫星发现的涨落是另一种图景(或者根本没有发现涨落),那就证明暴涨理论是错的。从最佳科学传统来看,暴涨理论的毫不含糊的主要预言已经‘成为现实’。暴涨还预言原始扰动可能留下了具有特殊性质的引力辐射的痕迹,未来10-20年内有望研制成功灵敏度足够辨认这一特征辐射的探测器。 大统一理论在应用于宇宙学时造成如此大的轰动,是因为它预言存在的机理正是进行这种工作所需要的,这就是所谓的标量场。标量场与大统一的原始力在宇宙开始膨胀和冷却时分裂成我们今天所知的基本力有关。引力应该在普朗克时间—— 秒——时就分离出去了,而强力在大秒之前分离。大约秒内,标量场应该已经完成了它们的工作,至少每秒将宇宙增大一倍(暴涨理论的有些版本甚至认为膨胀得比这更快)。这听起来可能是适度的,但它意味着秒内加倍了100次。这已足够引起比一个质子倍的量子涨落,并在大约15秒内将它暴涨为直径约10厘米的球。在这个时候,标量场已经完成了对宇宙的初始发动任务,平静下来,释放它的能量,留下一个如此高速膨胀的火球,以致引力即使现在已经能够开始发挥其将一切东西拉回到大崩塌的作用,也需要经过数千亿年先制止膨胀,然后才能使其反转。


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