科學家證明宇宙就是無中生有！如果宇宙誕生於“無”，那麼是什麼創造了“無”？【科技啟示錄】

宇宙誕生之前,沒有時間,沒有空間,也沒有物質和能量。 大約150億年前,在這四大階空的無中,一個體積無限小的點爆炸了。 時空從這一刻開始,物質和能量也由此產生。 這就是宇宙創生的大爆炸。 科技啓示錄今天帶着你一起回到生命之初,探索宇宙本身的奧祕。 剛剛誕生的宇宙是熾熱緻密的。 隨着宇宙的迅速膨脹,其溫度迅速下降,最初的一秒鐘過後,宇宙的溫度降到約100億度。 這時的宇宙是由質子、中子和電子形成的一鍋基本粒子湯。 隨着這鍋湯繼續變冷,核反應開始發生,生成各種元素, 這些物質的威力相互吸引融合,形成越來越大的團塊,並逐漸演化成星系、恆星和行星。 在個別天體上還出現了生命現象,然後能夠認識宇宙的人類終於誕生了。 看到這裏,如果你喜歡我們這個視頻,請點個贊吧。 這幅大爆炸圖景是目前關於宇宙起源最可能的一種解釋,被稱爲大爆炸模型。 大爆炸理論誕生於20年代,在40年代由加莫夫等人進行補充和發展,但一直寂寂無聞。 直到50年代人們纔開始廣泛注意這個理論,不過也只是覺得它很好玩並不幸福,人們更願意認爲宇宙是穩定的、永恆的。 但是,越來越多的證據表明,大爆炸模型在科學上有強大的說服力, 我們不得不相信宇宙有一個開始,也將有一個終結,它產生於無,也終將回歸於無。 不僅有人會問,對於宇宙而言,可有始可有終? 其實在人類歷史的大部分時期,有關創世的問題一向是留給神去解決的。 宇宙起源於何處?終點又在哪裏?生命如何產生?人類怎樣出現? 對這些疑問,許多宗教都能給出一份體系完備的答案。 至於上帝從哪裏來,這種問題是不該問的。 直到最近幾個世紀,人們纔開始學着把神撇開,以超越宗教的角度去思考世界的本源, 這樣一來就有一個重大的原則性問題需要解決,宇宙是永恆存在的還是由起始的? 這兩種說法長久以來一直困擾着科學家、哲學家和神學家,對於普通人來說更是難以理解。 假設宇宙在時間上沒有起源,即過去一直存在,那麼宇宙的年齡就是無限大了。 無限大這個概念一聽就讓人頭昏腦脹,既然是已經過去了無窮久的時間,我們的現在又是什麼呢? 而如果說宇宙是有起始的,那麼它就是從無中突然產生的了,這最初的一剎那又是怎樣呢? 憑着人類在短暫的生命中獲得的常識,實在是很難想明白這些東西。 不過,我們可以從科學上尋求一些佐證,大爆炸模型的一個基本假設是宇宙的年齡有限。 這個說法令人信服的直接理由來自物理學中一條最基本的定律,熱力學第二定律。 這條科學史上最令人傷心絕望的定律,冥冥中早已規定了宇宙的命運。 簡而言之,第二定律認爲,熱量從熱的地方流向冷的地方,對任何物理系統這都是衆所周知而且顯而易見的特性。 毫無神祕可言,開水變涼,冰淇淋化成糖水,想要把這些過程倒過來就非得額外消耗能量不可。 就最廣泛的意義而言,第二定律認爲宇宙的傷與日俱增。 例如,機械手錶的發條總是越來越松,你可以把它上緊,但這就要消耗一點能量。 這些能量來自於你吃掉的一塊麪包,麥子在生長的過程中需要吸收陽光的能量, 太陽爲了提供這些能量,需要消耗它的氫來進行核反應。 總之,宇宙中每個局部的傷減少都需以其他地方的傷增加爲代價。 在一個封閉的系統裏,傷總是增大的,一直大到不能再大的程度。 這時,系統內部達到一種完全均衡的熱凍平衡狀態,不會再發生任何變化,除非外界對系統提供新的能量。 對宇宙來說是不存在外界的,因此宇宙一旦達到熱凍平衡狀態就完全死亡,萬劫不復,這種情景稱爲熱劑。 如果你想了解更多關於傷變相關的話題,歡迎關注我們科技啓示錄,我們以後的視頻會專門介紹。 宇宙正在緩慢地但堅定不移地走向這無法抗拒的命運,幾代智者爲此懷疑人類的存在是否有意義。 暫且撇開這種沮喪的情緒,作爲一個簡單的推理我們就可以發現,宇宙不可能有無限的過去。 很簡單,如果宇宙無限老那它早就已經死了,以有限速率演變的東西是不可能永遠維持下去的。 換句話說,宇宙必然是在某個有限的時間之前誕生的。 相信很多人知道大爆炸理論,第二定律明示了宇宙有起始,但這個重要推論竟然被19世紀的科學家忽略了,它只是在後來成爲大爆炸模型的佐證。 該模型的提出是基於20世紀初的天文觀測。 20年代,天文學家埃德溫·哈勃注意到,不同距離的星系發出的光,顏色上稍稍有些差別。 遠星系的光要比近星系紅一些,即波長要長一些,這種現象被稱爲哈勃紅移。 他說明,各星系正以很高的速度彼此飛離。 一列火車快速食遠時,它的汽笛聲聽起來會沉悶很多,因爲聲波相對於我們的頻率變低,波長變長了,這就是多普勒效應。 把聲波換成光,產生的效果就是紅移。 哈勃對衆多星系的光譜進行研究後確認,紅移是一種普遍現象,這表明宇宙正在膨脹。 這一發現奠定了現代宇宙學的基礎。 如果宇宙正在膨脹,那它過去必定比較小。 如果能把宇宙史這部影片倒過來放,我們勢必會發現,在過去的某個時刻,所有的星系都是聚合在一起的。 這個時間大概是100多億年前,要準確推斷它比較困難。 另外,宇宙膨脹的速度會隨時間發生變化,這與引力有關。 萬有引力作用於宇宙中一切物質與能量之間起到剎車的作用,防止星系往外跑,從而使膨脹速度越來越慢。 在誕生初期,宇宙從高密度狀態迅速膨脹,隨着時間的推移,體積越來越大,膨脹速度越來越小。 將這個過程向回追溯到宇宙創生的那一刻,可以發現,當時宇宙體積爲0,而膨脹速度爲無限大,這就是大爆炸。 大爆炸是空間、時間、物質與能量的起源,這些概念都不能外推到大爆炸之前。 大爆炸之前發生了什麼?是什麼引起了大爆炸?這些問題在邏輯上就是沒有意義的,那以前所有的只是無。 以上所述僅是旁證,似不足以令大多數人信服。 如果150億年前發生了一場大爆炸,如此驚天動地的力量是否在今天的宇宙結構上留下了某種印記? 於是,有一陣子,科研人員熱衷於尋找宇宙創生的遺蹟,盡頭賽過當年的宗教考古學家尋找伊甸園。 亞當和夏娃的文物是一樣也沒發現,遠處宇宙最重要的遺蹟倒真給找出來了,這就是微波背景輻射。 按照大爆炸理論,最初的幾分鐘裏,宇宙是一個熾熱的火球,到處充滿溫度高達幾十億度的光輻射。 由於此時的宇宙處於熱動平衡中,這種輻射具有獨特的光譜特徵,稱爲黑提譜。 1965年,貝爾電話公司的兩位物理學家彭齊亞斯和威爾遜偶然發現,宇宙確實浸潤在一種熱輻射之中。 這種輻射以相同的強度從空間各個方向射向地球,其溫度約爲3K,譜線具有完美的黑提譜特徵。 微波背景輻射的發現是對大爆炸模型最有利的支持。 知道了今天宇宙背景輻射的溫度就很容易推算出,宇宙誕生後約一秒鐘,各處的溫度約爲100億度。 在如此高溫下,不僅我們熟悉的物質無法存在,連原子核也會被撕得粉碎。 宇宙只能是一鍋由質子、中子和電子等構成的基本粒子湯。 隨着這鍋湯變冷,核反應發生了,中子和質子很容易聚合在一起,產生由兩個質子兩個中子組成的氦核。 計算表明,氦核形成的過程持續了大約三分鐘,形成的氦約佔宇宙物質總質量的四分之一。 這個過程用完了所有的中子,餘下的質子就成了氫原子核。 因此,大爆炸模型預言宇宙應當由大約25%的氦和75%的氫組成,這與天文測量結果極爲符合。 最初三分鐘裏形成的氫和氦,構成了宇宙中99%以上的物質,形成行星和生命的豐富多彩的重元素,只佔宇宙總質量的不到1%,它們大部分是在恆星內部形成的。 根據推斷,宇宙的形成距今約100至200億年,對於生命而言它既永恆又無恆。 天文觀測表明,各種天體的年齡均小於200億年,這與大爆炸理論契合得非常好,我們的地球大約是50億年前形成的,人類出現的時間更短的不值一提。 宇宙現在還算得上年輕,擔憂末日的來臨對於個人來說是十分無聊的事,然而,爲全人類的命運想一想這個問題還是有必要的。 按照大爆炸模型,宇宙在誕生後不斷膨脹,與此同時,物質間的萬有引力對膨脹過程進行牽制。 如果宇宙的總質量大於某一特定數值,那麼總有一天宇宙將在自身引力的作用下收縮,造成與大爆炸相反的大坍塌。 如果宇宙總質量小於這一數值,則引力不足以阻止膨脹,宇宙就將永遠膨脹下去。 在非常遙遠的將來,比如11111年以後,所有的恆星都燃燒完畢,茫茫黑暗中潛伏着一些黑洞、中子星等天體。 宇宙的尺度已經膨脹到如今的一億億倍,而且還在擴張下去。 在這個系統裏,引力雖不足以使膨脹停止,但會不露聲色地消耗着系統的能量,使宇宙緩慢地走向衰亡。 黑洞在霍金效應的作用下釋放出微弱的輻射,最終全都以熱和光的形式蒸發掉。 足夠長的時間之後,連質子這樣穩定的基本粒子也衰變,消亡了。 宇宙最終變成一鍋稀得難以置信的湯,其中有光子、中微子、越來越少的電子和正電子。 所有這些粒子都在緩慢地運動,彼此越來越遠,不會再有任何基本物理過程出現。 這是寒冷、黑暗、荒涼而又空虛的宇宙,它已經走完了自己的歷程,面對的是永恆的生命抑或永恆的死亡,這種情景差不多就是熱機了。 如果引力足夠強大,宇宙終有一天開始收縮,又將如何呢? 在大尺度上,收縮過程與大爆炸後的膨脹是對稱的,像一場倒放的電影,收縮的過程起初很緩慢,隨後越來越快。 在轉折點過後,宇宙的體積開始縮小,背景輻射溫度上升,漆黑寒冷的宇宙變成一個越來越熱的熔爐,生命無處可逃,全都被煮熟烤焦。 最後,行星、恆星也毀滅了,分佈在如今浩瀚空間中的物質被擠進一個很小的體積內,最後三分鐘來臨了。 溫度變得如此之高,連原子核也被撕毀,宇宙又成了一鍋基本粒子湯,然而這種狀態也只能生存幾秒鐘的時間。 隨後,質子和中子也無法區分,擠成一堆由夸克構成的等離子體,在最後的時刻,引力成爲佔絕對優勢的作用力,它毫不留情地把物質和空間碾得粉碎。 在這場與大爆炸的爆脹相對的暴縮中,所有的物質都因擠壓不復存在,一切有形的東西,包括空間和時間本身都被消滅。 這就是末日,它是一切事物的末日,大爆炸中誕生於無的宇宙此刻也歸於無,無數億年的輝煌燦爛,連一絲回憶也不會留下。 你還聽過哪些關於宇宙誕生的說法呢?歡迎小夥伴們跟我們留言分享。 如果你想繼續瞭解更多更有意思的內容,歡迎繼續鎖定我們的頻道,支持和訂閱科技啓示錄。 感謝你的觀看,我們下期見。