“宇宙大爆炸”的故事有多可信？ 原創(chuàng) 湛廬君 湛廬文化

Big Bang

“大爆炸”理論已經(jīng)岌岌可危地存在了30多年，許多測(cè)量都有可能駁倒它，只要得到的結(jié)果不同。以下是其中5種可能的測(cè)量結(jié)果：

● 天文學(xué)家可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)天體，其氦豐度為零，或者遠(yuǎn)低于氫豐度的23%。這將是一個(gè)致命的事實(shí)，因?yàn)楹阈莾?nèi)部的氫聚變可以輕易地使氦豐度升至銀河系形成之前的水平，但無法將所有的氦重新還原為氫。

● 由宇宙背景探索者衛(wèi)星精確地測(cè)量出的宇宙微波背景輻射的能譜可能與預(yù)期中的“黑體”輻射能譜或熱輻射能譜不同。

● 物理學(xué)家可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了中微子與“大爆炸”理論不相符的一些現(xiàn)象。在“火球”中，中微子比原子多得多（大約多10億倍），這與光子的情況一樣。所以，一個(gè)中微子的質(zhì)量即使僅為原子的百萬分之一，它們總體上也會(huì)為目前的宇宙貢獻(xiàn)超多的質(zhì)量，甚至比隱藏在暗物質(zhì)中的質(zhì)量還要多。但中微子的實(shí)際質(zhì)量（如果不是零）似乎太低了，不足以對(duì)“大爆炸”理論造成威脅。不過，將來的研究結(jié)果可能會(huì)證明它們具有更大的質(zhì)量。

● 氘豐度可能與從“大爆炸”中留存下來的預(yù)期數(shù)量不符。

● 天空中宇宙微波背景輻射的溫度的波動(dòng)可能意味著，Q的值與從當(dāng)前宇宙結(jié)構(gòu)中推斷出的值不相符。

然而，“大爆炸”理論已經(jīng)通過了這些檢驗(yàn)。這表明，我們得認(rèn)真對(duì)待那個(gè)將宇宙反推到開始膨脹后一秒鐘時(shí)（也就是氦開始形成時(shí)）的推理基礎(chǔ)。

不過，就像根據(jù)巖石和化石可以推斷出地球的早期歷史一樣，這些推論同樣是間接性的，并且沒那么定量化。也許，我們還可以向更早的時(shí)期追溯，不僅是追溯到一秒鐘的時(shí)候，而是不到一秒鐘的時(shí)候，以更深入地探測(cè)宇宙，甚至解釋關(guān)鍵的宇宙數(shù)字。

我們可以很自信地退回離“大爆炸”更近一些的時(shí)段，但不能太近。我們不太了解宇宙在最初1/1000秒時(shí)的物理過程，因?yàn)榇藭r(shí)所有物體的密度都比中子星的高。

在微觀尺度上，科學(xué)家可以通過高能粒子的碰撞實(shí)驗(yàn)來模擬高溫和高密度下的情況。不過，這項(xiàng)技術(shù)究竟能讓我們回推多遠(yuǎn)，是有限度的。

即使正在日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心建造的巨型高能粒子對(duì)撞機(jī)也無法獲得“大爆炸”后10-35秒時(shí)所有粒子具有的能量。

在宇宙誕生10-35秒時(shí)，甚至在更短的時(shí)間內(nèi)，宇宙的許多重要特征可能已經(jīng)定型了。在這種情況下，宇宙年齡時(shí)鐘上的每10-1秒（小數(shù)點(diǎn)后每增加一個(gè)零）都同樣充滿變化，也都同樣重要。

相比于從氦開始形成的第三分鐘（大約相當(dāng)于“大爆炸”后的200秒）到當(dāng)前時(shí)刻（3x10-17秒，即100億年）的變化，從10-14秒回推到10-35秒所經(jīng)歷的變化更大，因?yàn)樗缭搅烁鄠€(gè)10的指數(shù)級(jí)。由此看來，宇宙在極早期階段很活躍，處于不斷的變化之中（如下圖）。

宇宙膨脹過程中的一些關(guān)鍵階段的時(shí)間圖表

一開始，宇宙的奧秘和微觀世界的奧秘是相互重疊的。為了探索這些奧秘，我們需要將引力（在大尺度上起主導(dǎo)作用的力）與控制單個(gè)粒子的其他力聯(lián)系起來。然而，這項(xiàng)工作仍未完成。當(dāng)前，亞原子世界中的各種力和粒子已被歸為同一類型。

▊“大爆炸”的其他遺跡

宇宙極早期的任何“化石”都至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈兪菑浹a(bǔ)宇宙和微觀世界之間的紐帶。

部分理論物理學(xué)家提出了一種有趣的可能性，磁單極子可能是從早期宇宙中遺留下來的，古斯的理論明顯地表達(dá)了這個(gè)觀點(diǎn)。法拉第和麥克斯韋證明了電和磁之間的密切關(guān)系。

但是，正如他們清楚地認(rèn)識(shí)到的那樣，這兩種力之間有一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別：正電荷和負(fù)電荷可以單獨(dú)存在，但磁的“北極”和“南極”似乎是不可分開的。磁體是偶極子（有兩個(gè)磁極），而不是單極子（只有一個(gè)磁極）。

如果我們切開一個(gè)偶極子，就永遠(yuǎn)不會(huì)得到兩個(gè)單極子，而只是更小的兩個(gè)偶極子。盡管進(jìn)行了許多巧妙的搜索，但從來沒有人捕獲到過磁單極子。

現(xiàn)代理論認(rèn)為，磁單極子可能存在，但其質(zhì)量可能非常大（比質(zhì)子重1 000萬億倍）。由于它們擁有巨大的質(zhì)量，就需要大量的能量來制造它們——這種能量在早期宇宙中普遍存在，但在之后就不存在了。

在現(xiàn)在的宇宙中，磁單極子非常少，因?yàn)榇艌?chǎng)遍布星際空間，如果存在大量磁單極子，磁場(chǎng)就會(huì)“減少”。古斯對(duì)磁單極子的消失感到困惑，因?yàn)樗鼈兯坪醪豢杀苊獾禺a(chǎn)生于宇宙早期。

實(shí)際上，他的最佳猜測(cè)是，它們的總質(zhì)量將比實(shí)際存在的暗物質(zhì)的總質(zhì)量大數(shù)百萬倍。暴脹的一個(gè)重要結(jié)果（如果它發(fā)生在磁單極子形成之后）是，它將會(huì)稀釋磁單極子，這便解釋了它們當(dāng)前缺失的原因。

微型黑洞是另一種源自“大爆炸”之后的可能遺留物。一個(gè)原子大小的黑洞的質(zhì)量相當(dāng)于一座山的質(zhì)量。可以想象，極早期宇宙產(chǎn)生了促使它們出現(xiàn)的必要壓力。

盡管目前還沒有什么辦法產(chǎn)生這么大的內(nèi)壓力，但將來的某些高科技文明也許可以做到這一點(diǎn)。如果再結(jié)合下面這個(gè)推論，前景將特別迷人：

一個(gè)黑洞內(nèi)部可能會(huì)萌發(fā)出一個(gè)新的宇宙，然后暴脹成一個(gè)與我們的時(shí)空毫無關(guān)聯(lián)的新時(shí)空（可能是無限的）。

（注：以上內(nèi)容摘自《六個(gè)數(shù)》）

作為權(quán)威的物理學(xué)家，作者以深刻的洞察力用六個(gè)數(shù)將宇宙學(xué)中看似無關(guān)的眾多發(fā)現(xiàn)聯(lián)系在一起，回答了一個(gè)人類追問了千百年的問題：我們從何處來？到何處去？

書中講述的六個(gè)神奇數(shù)字決定了宇宙的基本特性。如果其中任何一個(gè)數(shù)字稍微有所不同，就不會(huì)產(chǎn)生星體，不會(huì)出現(xiàn)生命，更不可能有人類。現(xiàn)代宇宙的一切都取決于這六個(gè)數(shù)字的精密調(diào)協(xié)，而這無疑是一個(gè)物理世界的驚人巧合。

原標(biāo)題：《“宇宙大爆炸”的故事有多可信？》

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