无穷小的奇点引发了宇宙大爆炸,这个奇点到底在哪里?
老规矩,先上答案:奇点没有在任何地方,它没有位置,因为奇点。该如何理解呢?
根据现代主流科学理论,我们的宇宙诞生于138亿年前的一场大爆炸,体积无限小的奇点突然急剧膨胀,也就是所谓的“大爆炸”,诞生了我们的宇宙。
这意味着,奇点其实就是整个宇宙,所以,奇点并没有位于什么地方,因为奇点本身就是“地方”。
无穷小的奇点就相当于数学概念里的零维空间,也就是一个点,没有体积。零维空间本身就不存在所谓的“外面”,也就没有位置的概念。
宇宙大爆炸瞬间的奇点就是这么神奇,我们不能用普通的思维方式去衡量它,因为现有的所有物理法则在奇点面前全部失效。
无穷小的奇点却拥有无穷多的能量,无限高的温度和密度,你在现实中能想象到这样一种存在方式吗?完全不能!
对于奇点来讲,根本不存在空间和时间的概念,自然也就谈不上位置。
宇宙大爆炸理论一开始确实只是一个假说,不过经过百余年的发展,越来越多的证据开始支撑宇宙大爆炸理论,都有哪些证据呢?
第一,宇宙的加速膨胀。
20世纪20年代,天文学家哈勃在观测遥远星系的运动规律时,偶然间发现了星系的红移现象,红移现象表明,遥远的星系正在远离地球,因为不断远离地球的光线才会发生红移现象。
只有经过数年的深入观察探索,哈勃发现了几乎所有的星系都在远离地球,于是他得出一个结论,我们的宇宙一直在膨胀,而且通过计算得知,膨胀的速度远超光速。
如果宇宙一直在膨胀,把时间倒流,宇宙就会不断收缩,最终收缩到一个无穷小的点,也就是奇点。
第二,爱因斯坦创立的广义相对论。
在广义相对论推导出来的引力场方程中,有一个著名的常数,宇宙常数。宇宙常数的加入原因很简单,就是为了抵消宇宙的膨胀或者收缩而设定的。
其实,广义相对论本来已经暗示了宇宙不可能是静态的,要么收缩要么膨胀,但推翻了牛顿绝对时空观的爱因斯坦最终还是没能完全摆脱稳恒态宇宙观的束缚。
为了确保宇宙的稳恒态,爱因斯坦不得不在引力场方程中加入宇宙常数。当哈勃邀请爱因斯坦亲自看一下膨胀的宇宙之后,爱因斯坦不禁感叹:这是我一生中犯下最大的错误!
不过,这或许就是美中不足吧,没有任何人是完美的。对于爱因斯坦来讲,没有发现宇宙膨胀也是瑕不掩瑜,并不影响他的伟大。
第三,宇宙微波背景辐射的发现。
这个发现堪称是一个里程碑,是宇宙大爆炸理论最强有力的证据。何为宇宙微波背景辐射?
简单说就是宇宙大爆炸的余晖,宇宙大爆炸初期留下的“信号残余”。我们都知道宇宙一直在加速膨胀当中,宇宙大爆炸初期的光一直被拉伸,直到138亿年后的今天,那些光早就被拉伸到微波,这种微波充斥着宇宙的每个角落,我们如今甚至随时都可以亲自感受一下宇宙微波的存在。
比如说,小时候我们看的黑白电视,电视没有信号的时候通常会呈现雪花状,同时发出“滋滋”的噪音,这种噪音其实就是宇宙微波背景辐射的影响。
20世纪60年代美国两位天文学家,彭齐亚斯和威尔逊在检查他们负责的射电望远镜时,偶然发现了微波背景辐射的存在,并因此获得了诺贝尔物理学奖,而微波背景辐射也被认为是20世纪60年代四大天文发现之一。
他们是如何发现的呢?发现过程与黑白电视发出的“滋滋”噪音其实是一样的。他们在使用射电望远镜时,总是会有噪音的存在,一开始他们以为是望远镜有问题,就开始了各种检查,还把射电望远镜上的所有灰尘垃圾全部清扫一遍,结果这种噪音仍旧存在。
经过一遍又一遍检查之后,两人终于发现,这种噪音就是真实存在的信号,而不是任何故障产生的。这种信号就是宇宙微波背景辐射!
而在2001年,威尔金森微波各向异性探测器卫星发射升空之后,宇宙微波背景辐射终于直观地向人们展示出来,颜色的不同代表温度和物质能量分布的差异。
通俗来讲,宇宙微波背景辐射就是宇宙诞生之后的第一缕光,这缕光出现在大爆炸发生38万年后。所以,宇宙微波背景辐射也是“胎儿宇宙”。
总之,宇宙大爆炸理论早就从刚开始的假设逐渐走向成熟,越来越多的强有力的证据表明宇宙大爆炸理论是靠得住的。
当然,大爆炸理论并不完美,也有瑕疵,但起码目前为止没有其他任何理论比大爆炸理论更好地诠释宇宙起源。