如何用现代的科学技术营造一个宇宙?

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  不管怎样尽力,你都永久也幻想不出质子有多么细小,占有多么小的空间。

  

  它实在太小了。质子是原子极端细小的组成部分,而原子自身当然也小不可言。质子小到什么程度?像字母“i”上的点这样巨细的一滴墨水,就能够具有约莫5 000亿个质子,说得更切当一点,要比组成50万年的秒数还多。因而,最少能够说,质子是极端细小的。现在,请你幻想一下,假定你能(你当然不能)把一个质子缩小到它正常巨细的十亿分之一,放进一个极小的空间,使它显得很大,然后,你把大约30克物质装进那个极小极小的空间。很好,你已做好创立一个世界的预备。

  

  我当然估量到,你期望创立一个会胀大的世界。不过,要是你情愿创立一个比较旧式而又规范的大爆破型世界,你还需求其他资料。事实上,你需求搜集现有的全部东西——从现在到世界创立之时的每个粒子——把它塞进一个底子谈不上巨细的极小当地。这就是所谓的奇点。不管哪种状况,预备好来一次真实的大爆破。很天然,你期望退避到一个安全的当地来调查这个奇迹。不幸的是,你无处能够退避,因为奇点之外没有任何当地。当世界开端胀大的时分,它不会向外扩展,充溢一个更大的空间。仅有的空间是它一面扩展一面发明的空间。把奇点看成是一个悬在乌黑无边的虚空中的孕点,这是很天然的,但是是过错的。没有空间,没有漆黑。奇点四周没有四周。那里没有空间供它去占有,没有当地供它去存在。

  。咱们乃至无法问一声它在那里现已多久——它是刚刚发作的,就像个好主意那样,仍是一向在那里,默默地等待着适宜的时间的到来。

  

  时间并不存在。它没有发作于曩昔这一说。所以,咱们的世界就从无到有了。霎时间,一个光芒的时间来到了,其速度之快,规划之广,无法用言语来描绘,奇点有了六合之大,有了无法幻想的空间。这充溢活力的榜首秒钟(许多世界学家将花费一生的精力来将其分割成越来越小部分的1秒钟)发作了引力和分配物理学的其他力。不到1分钟,世界的直径现已有1 600万亿公里,并且还在敏捷扩展。这时分发作了许多热量,温度高达100亿摄氏度,足以引发核反应,其成果是发明出较轻的元素——主要是氢和氦,还有少数锂(大约是1 000万个原子中有1个锂原子)。3分钟今后,98%的现在存在的或将会存在的物质都发作了。咱们有了一个世界。

  

  这是个美好无比的当地,并且还很美丽。这全部都是在大约做完一块三明治的时间里构成的。这个严重时间的切其时间仍是个有点争议的问题。世界到底是在100亿年曾经构成的,仍是在200亿年曾经构成的,仍是在100亿年到200亿年之间构成的,这个问题世界学家现已争辩很长时间。咱们好像越来越拥护大约137亿年这个数字。可是,咱们在后面将会进一步看到,这种作业是极难核算的。其实,咱们只能说,在那十分悠远的曩昔,在某个无法断定的时间,因为不知道的原因,科学上称之为t=0的时间来到了。咱们所以踏上了旅程。当然,有许多的作业咱们不知道,还有许多的作业咱们现在或在曩昔很长时间里以为自己知道而其实并不知道。连大爆破理论也是不久曾经才提出来的。这个概念自20世纪20年代以来一向很盛行,是一位名叫乔治·勒梅特的比利时教士兼学者首要提出了这种假定。可是,直到20世纪60年代中,这种理论才在世界学界活泼起来。其时,两位年青的射电地理学家无意中发现了一种非同小可的现象。他们的姓名别离叫作阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊。

  

  1965年,他们在美国新泽西州霍尔姆德尔的贝尔试验室,想要运用一根大型通讯天线,可是不断遭到一个本底噪声——一种接二连三的蒸汽般的咝咝声的搅扰,使得试验无法进行下去。那个噪声是一刻不断的,很不会集的。它来自天空的各个方位,日日夜夜,一年四季。有一年时间,两位年青的地理学家想尽了方法,想要盯梢和除掉这个噪声。他们测试了每个电器系统。他们从头组装了仪器,查看了线路,查看了电线,掸掉了插座上的尘埃。他们爬进抛物面天线,用管道胶布盖住每一条接缝、每一颗铆钉。他们拿起扫帚和抹布再次爬进抛物面天线,小心谨慎地把他们后来在一篇论文中称之为“白色电介质”的、用更一般的说法是鸟粪的东西扫得干干净净。可是他们的尽力丝毫不起作用。他们不知道,就在50公里以外的普林斯顿大学,一组以罗伯特·迪克为首的科学家正在设法寻觅的,就是这两位地理学家想要除掉的东西。普林斯顿大学的研讨人员正在研讨生于苏联的地理物理学家乔治·伽莫夫在20世纪40年代提出的假定:要是你调查空间深处,你就会发现大爆破残留下来的某种世界布景辐射。伽莫夫估量,那种辐射穿过苍茫的世界今后,便会以微波的方法抵达地球。

  

  在新近宣布的一篇论文中,他乃至提出能够用一种仪器到达这个意图,这种仪器就是霍尔姆德尔的贝尔天线。不幸的是,不管是彭齐亚斯和威尔逊,仍是普林斯顿大学研讨小组的任何专家,都没有看过伽莫夫的论文。彭齐亚斯和威尔逊听到的噪声,正是伽莫夫所假定的。他们现已找到了世界的边际,或者说至少是它的可见部分,远在大约1 400万亿亿公里外。他们在“张望”榜首批质子——世界中最陈旧的光,公然不出伽莫夫所料,时间和间隔现已将其改变成了微波。艾伦·古思在他的《不断胀大的世界》一书中提出一种类比,有利于咱们了解这一发现的含义。要是你把张望世界深处比作是在从美国纽约帝国大厦的100层上往下看(假定100层代表现在,街面代表大爆破的时间),那么在彭齐亚斯和威尔逊发现那个现象的时分,现已发现的最远的星系是在大约60层,最远的东西——类星体——是在大约20层。彭齐亚斯和威尔逊的发现,把咱们对世界可见部分的知道推动到了离大厅的地上不到1厘米的当地。彭齐亚斯和威尔逊依然找不到发作噪声的原因,便打电话给普林斯顿大学的迪克,向他描绘了他们遇到的问题,期望他能做出一种解说。

  

  迪克立刻意识到两位年青人发现了什么。“哎呀,好家伙,人家抢在咱们前面了。”他一面挂电话,一面临他的搭档们说。尔后不久,《天体物理学》杂志刊登了两篇文章:一篇为彭齐亚斯和威尔逊所作,描绘了听到咝咝声的阅历;另一篇为迪克小组所作,解说了它的性质。尽管彭齐亚斯和威尔逊并不是在寻觅世界的本底辐射,发现的时分也不知道是什么东西,也没有宣布任何论文来描绘或解说它的性质,但他们取得了1978年诺贝尔物理学奖。普林斯顿大学的研讨人员只取得了怜惜。

  据丹尼斯·奥弗比在《世界孤心》一文中说,彭齐亚斯和威尔逊都不清楚自己这一发现的重要含义,直到看到《纽约时报》上的一篇报导。趁便说一句,来自世界本底辐射的搅扰,咱们咱们都阅历过。把你的电视机调到任何接纳不着信号的频道,你所看到的锯齿形静电中,大约有1%是由这种陈旧的大爆破残留物构成的。记住,下次你诉苦接纳不到图画的时分,你总能观看到世界的诞生。

  

  尽管人人都称其为大爆破,但许多书上都提示咱们,不要把它看作是一般含义上的爆破,这是一次规划和规划都极端大的俄然爆破。那么,它的原因是什么?有人以为,那个奇点或许是早年业已消灭的世界的剩余——咱们的世界仅仅一系列世界中的一个。这些世界循环往复,不断地扩展和消灭,就像一台制氧机上的气囊。有的人把大爆破归因于所谓的“伪真空”,或“标量场”,或“真空能”——反正是某种物质或东西,将一定量的不安稳性带进了其时的不存在。从不存在取得某种存在,这好像不大或许,但曩昔什么也不存在,现在有了个世界,事实证明这显然是或许的。状况或许是,咱们的世界仅仅许多更大的、巨细不等的世界的一部分,大爆破处处不断地发作。要不然或许是,在那次大爆破之前,时间和空间具有某种彻底不同的方法——那些方法咱们十分不熟悉,因而无法幻想——大爆破代表某个过渡阶段,世界从一种咱们无法了解的方法过渡到一种咱们简直能够了解的方法。“这与宗教问题很类似。”斯坦福大学的世界学家安德烈·林德博士2001年对《纽约时报》的记者说。

  

  大爆破理论并不是关于爆破自身,而是关于爆破今后发作的事。留意,是爆破今后不久。科学家们做了许多核算,仔细调查粒子加速器里的状况,然后以为,他们能够回忆爆破发作10-43秒之后的状况,其时世界依然很小,要用显微镜才看得见。关于每个呈现在咱们面前的非同小可的数字,咱们无须把自己搞得头昏脑涨,但有时分或许无妨了解一个,仅仅为了不忘其难以把握、令人惊讶的程度。所以,10-43秒就是0.000 000 000 000 000 000 000000 000 000 000 000 000 000 1秒,或者是一千亿亿亿亿亿分之一秒。咱们知道的或以为知道的有关世界初期的大部分状况,都要归功于一位年青的粒子物理学家于1979年首要提出的胀大理论。他的姓名叫艾伦·古思,他其时在斯坦福大学作业,现在任职于麻省理工学院。他其时32岁,自己供认曾经从没有做出过很大的成果。要是他没有刚好去听那个关于大爆破的讲座的话,很或许永久也提不出那个巨大的理论。

  开那个讲座的不是他人,正是罗伯特·迪克。讲座使古思对世界学,尤其是对世界的构成发作了兴最终,他提出了胀大理论。该理论以为,在爆破后的霎时间,世界俄然阅历了戏剧性的扩展。它不断地胀大——实际上是带着自身逃跑,每10-34秒它的巨细就翻一番。整个进程或许只继续了不到10-30秒——也就是一百万亿亿亿分之一秒——可是,世界从手都拿得住的东西变成了至少10亿亿亿倍大的东西。胀大理论解说了使咱们的世界成为或许的脉动和旋转。要是没有这种脉动和旋转的话,就不会有物质团块,因而也就没有星星,而只需飘浮的气体和永久的漆黑。依据古思的理论,在一千亿亿亿亿亿分之一秒之内发作了引力。又过了极端时间短的时间,又发作了电磁以及强核力和弱核力——物理学的资料。之后,又很快呈现了大批基本粒子——资料的资料。

  从无到有,俄然有了大批光子、质子、电子、中子和许多其他东西——依据规范的大爆破理论,每种达1079—1089个之多。这么大的数量当然是难以了解的。咱们只需知道,霎时间,咱们有了一个巨大的世界,这就够了——依据该理论,这个世界是如此之大,直径至少有1 000亿光年,但有或许是从任何巨细直至无穷大——并且安排得十分完美,为恒星、星系和其他杂乱系统的创立预备了条件。从咱们的视点来看,令人难以想象的是,这个成果对咱们来说是那么完美。只需世界的方法稍稍不同——只需引力稍稍强一点或弱一点,只需胀大稍稍慢一点或快一点——那么,或许就永久不会有安稳的元从来制作你和我,制作咱们脚底下的地上。只需引力稍稍强一点,世界自身会像个没有支好的帐子那样塌下来,也就没有适可而止的值来赋予自己必要的巨细、密度和组成部分。

  但是,要是弱了一点,什么东西也不会集合在一起。世界会永久是单调、涣散、虚空的。有的专家之所以以为或许有许多其他大爆破,或许有几万亿次大爆破,散布在无穷无尽的永久里,这就是原因之一;咱们之所以存在于这个特定的世界,是因为这个世界适合于咱们的存在。正如哥伦比亚大学的爱德华·P. 特赖恩所说:“要回答它为什么发作了,我的浅见是,咱们的世界仅仅那些不时发作的东西之一。”对此,古思弥补说:“尽管创立一个世界不大或许,但特赖恩着重说,谁也没有计算过失利的次数。”英国皇家地理学家马丁·里斯以为,有许多个世界,很或许是无数个,每个都有不同的特性,不同的组合,咱们仅仅生活在一个其组合的方法刚好适于咱们存在的世界里。

  

  他以一家大服装店作为例子来进行类比:“要是服装种类许多,你就不难挑到一件合身的衣服。要是有许多世界,而每个世界都由一套不同的数据操控,那么就会有一个世界,它的一套特定的数据适合于生命。咱们刚好在这样的一个世界里。”里斯以为,咱们的世界遭到6个数据的分配,要是哪个值发作哪怕是十分纤细的改变,事物就不或许是现在的这个容貌。比方,现在的世界若要存在,就要求氢以精确而较为安稳的方法——说得详细一点,要以将千分之七的质量转化为能量的方法——转化为氦。

  要是那个值稍稍低一点——比方从千分之七降至千分之六——那么就不或许发作转化:世界只会由氢组成。要是那个值稍稍高一点——高到千分之八——结合就会不间断地发作,氢早已耗费殆尽。不管是哪种状况,只需这个数据稍有变化,咱们所知的而又需求的世界就不会存在。我要说,到现在为止,全部都适可而止。从久远来说,引力或许会变得稍强一点;有朝一日,它或许阻挠世界胀大,让自己将自己压瘪,最终坍缩成又一个奇点,整个进程很或许从头开端。另一方面,引力也