宇宙大霹靂

宇宙大霹靂

 

圖文繪製:張嘉年

 

本詞條圖表中所有正反弦,粒子(中性粒子)一旦左右鏡像疊加,則互相湮滅,而圖文中綠色代表電中性,紅色代表負(陰)電性,藍色代表正(陽)電性?

第一節: 宇宙的來源

 

一.宇宙源於反(能量)宇宙:
我們所居住的「萬有引力宇宙」(Universal of gravity)實是起源於「萬有斥力的反(能量)宇宙」(Universal of repulsive force). 而「萬有斥力」是與「萬有引力」相反之力,亦稱為「反引力」(Antigravity).「反引力」是一股「內推(內斥力)」加「外拉(外斥力)」之力,其中「內斥力」即內含能量的「暗能量」,而「外斥力」為不含能量的「負能量」. 因為這股「內推外拉」的「反引力」遠遠大於本宇宙的「總引力」高達15.7倍,故足以推動本宇宙「大霹靂創生」(big bang creation)以及之後的「宇宙大膨脹」(Universe inflation). 若無「反引力」而僅有「引力」的話,我們的「宇宙」將永遠呈現為「緊縮態」(compactification state)的「宇宙大霹靂奇異點」(singularity).,那麽就永遠不可能發生宇宙「大霹靂創生」.「反宇宙」是無限大的宇宙(Infinity Universe),是本宇宙的「背景時空」(background spacetime), 亦是先於本宇宙而存在的「永恆宇宙」. 在無限大的「反宇宙」中存在著無限多個「有限生命」的「正宇宙」. 而本宇宙僅是無限多個「正宇宙」的其中一個.「萬有斥力中之-內斥力暗能量」加上「萬有斥力中之-外斥力負能量」, 進而使給「大霹靂奇異點」,由內向外推出並拉開,因此才會發生「宇宙大霹靂創生」.

 

二.無限,無始,無終的「超宇宙」
現今宇宙學普遍的認為:宇宙起源於「大靂靂奇異點」(big bang singularity), 而對於這個宇宙「大靂靂奇異點」的來源,大致有五派理論:
1.多重宇宙論(multiverse theory):宇宙有無限多個「大靂靂奇異點」就像大海中無數的泡泡,不斷出現脹大又消失, 當「單一宇宙」膨脹過大時,還會分裂出「子宇宙」,子宇宙若膨脹過大,又會分裂出「孫宇宙」,「單一宇宙」也可能收縮而消失在宇宙海中,而消失的宇宙能量會再創生出新宇宙.
2.空無創生宇宙論(Creation of universe from nothing theory)宇宙「大靂靂奇異點」誕生於無時間無空間的『空無』(nothing),這個『空無』不是「一無所有」的「空間」而是連「空間」也沒有,因為連「空間」都被壓縮成0了,所以這種『空無』有著巨大的「真空反彈力」(vacuum bouncing force),因而彈出了一個無限膨脹的宇宙.
3.振盪宇宙論(oscillating universe theoty):「大靂靂奇異點」來自前一次「宇宙大」(big crunch),我們的宇宙是不斷的重複「終結」及「再生」,而且一次比一次大,我們現在的宇宙已是「第50次再生」了.
4.圈量子重力論(loop quantum gravity theory):該論主要是說「超弦理論」中所述的-「弦」,是由更小單位-「圈」(loop)的「自旋網路」(spin networks)編織而成. 故「圈」(loop) 才是宇宙的「最小單元」. 且還有最小單位的「絕對時間」,即「普朗克時間」的5.38×10-44秒與最小單位的「絕對空間」,即「普朗克長度」(Planck’s length)的三次方(1.616×10-33公分)3=4.1×10-99cm3.
5.超弦理論(superstring theoty):「大靂靂奇異點」來自一根含巨大「純能量」,且無法測量的「超弦」
本文的模型就是綜合了上述五種理論並以超弦理論為主,而推論出整個宇宙可能為:無限,無始,無終的「超級宇宙」(Meta Universe),其可能結構如下(見下圖一):
1.整個「超級宇宙」分為2個無限區:
(1),負能量無限區:為無限萬有斥力(反引力)場的反(能量)宇宙.
(2),正能量無限區:無限的正能量主要集中在「反宇宙總超弦」.其次分散於無數「大靂靂奇異點」所形成的各個宇宙中.
2.無限萬有斥力場的反宇宙,提供了無數正能量宇宙創生的負能量「真真空場」,並隔離了無數宇宙,使各個宇宙彼此獨立.
3.無限正能量的「反宇宙總超弦」,收回無數終結宇宙(宇宙黑洞)的正能量,而成為了下一代新宇宙的能量來源.
4.無限正能量的「反宇宙總超弦」,分裂出無數「弦片斷」,一個「弦片斷」就形成一個「大靂靂奇異點」,然後再暴脹成一個宇宙.
5.本宇宙就是其中一個「弦片斷」所形成的「大靂靂奇異點」進而暴脹出來的宇宙,本宇宙這個「大靂靂奇異點」的最大可能能量為2.893×10126eV(見第二章註2),而單位能量就是「普朗克能量:1.22×1028eV」.

三.「膜世界假說」(brane world hypothesis):
根据1984年「超弦理論」發展而來,正如前述、宇宙原為一根無法測量的「弦」,「弦」的粗細為0,而且「弦」是「純能量」的「線形聚集」. 非任何物質構成, 拉長即質量增加,這根「弦」自宇宙「大霹靂-時空創生」(5.38×10-44秒)後:分裂成了GUT(Grand Unification Theory)「大统一場」的「五種超弦」(下圖三)這「五種超弦」經過了12次「一分為二」的分裂後,成為「X玻色子」(X-boson)及「Y玻色子」(Y-boson). 「X玻色子」及「Y玻色子」再分別組成二片超高能量的「X膜宇宙」(X-brane world)及「Y膜宇宙」(Y-brane world)(下圖四). 「膜宇宙」與「膜宇宙」之間的空間即為「第10維時空」, 這個「第10維時空」又稱為bulk,而「X膜宇宙」及「Y膜宇宙」就懸浮其中(下圖4),這種組成關係就像是由:「線」(五種M弦),結成「面」(膜宇宙),再結成「體」(10維時空)的關係,而另有部份弦被分裂出來組成了稱為「重(引)力子」(graviton)的「小閉弦」(micrco closed string),即「Ⅰ型閉弦」. 而這些「重(引)力子」的「小閉弦」亦飄浮在「第10維時空」中的二片超高能量「膜宇宙間」傳遞「引力」,這二片「膜宇宙」有些部份會飄浮到相距較近的距離,因此會因「引力」相吸而相撞,因此就創生出許多「宇宙星系」, 這種「膜宇宙」相撞理論也稱為「宇宙大爆炸論」(ekpyrotic cosmology),為美國哥倫比亞大學-庫里(Justin Khoury)博士研究團隊所提出,這次「宇宙大爆炸」的時間也是發生於10-36秒至10-33秒,故稱其為「第二次宇宙大爆炸」,也就是相當於同時在10-36秒至10-33秒發生的「宇宙大暴脹」(見下圖四)

 

 

 

 

26維超宇宙中的宇宙大霹靂結構圖

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

第二節11維超重力場的五M弦內部結構圖解
「普朗克能量」的來源:「TOE-11維超重力場」的「M超弦」
根据「超弦理論」(superstring theory)所述:宇宙中所有的「基本粒子」並非大小為0的點粒子,實際上「基本粒子」是由「弦」的不同振動及形狀所組成. 故而對弦的定義為-無法測量,粗細?普朗克長度1.6×10－33cm,而且是「純能量」的「線形聚集」,且弦亦非任何物質所構成,只要拉長,質量即會增加. 早期弦理論稱為「玻色弦理論」,是為了完成「超統一場論」來一統全宇宙所有的「力」及「弦-粒子」(現稱為「萬有理論theory of everything-TOE」),因而計算出整個大宇宙可能有「26維時空」, 而這「26維時空」中的「10維時空」組成了我們的宇宙時空,且僅有三維空間(加一維時間)發生了大暴脹而形成了「可見的宇宙」.另外的「6維空間」未發生暴脹而成為量子場論中「緊化」(compactification)且難以偵測的「內秉空間」, 而這個「內秉空間」就好比一個氣球的內部空間,三維空間則好比氣球的表面外膜. 至於另外的16維未知時空, 据筆者猜測:可能其中的10維時空為-帶陰電荷的反質子(即反粒子)所組成的「陰極宇宙」(註:「陰極宇宙」可能與帶陽電荷質子的本「陽極宇宙」同時創生),而1998年又在本宇宙外圍發現了強壓為負,亦即相當於反引力的「暗能量」,故剩下的6維時空有可能為「反(負)能量宇宙」(見圖一及超宇宙圖二),因這16維未知時空的組成結構,目前在科學上幾乎完全不了解,故本文暫不討論,本文主要討論的是形成「我們的宇宙」的11維時空(註1),及其中1.22×1028eV至1.69×1011eV之間,這一大段的能量空檔區之中,尚未發現而可能存在的超高能粒子及超弦.
如前所述:「我們的宇宙」起源於一個「大霹靂奇異點(singularity)」,這個「奇異點」在大暴脹前含本宇宙全部總質量,即11維超(引)重力. 而自「普朗克紀元」的t=0秒至5.38×10-44秒,這個「奇異點」經過了2326次分裂而成為11維時空起源的「E8×E8’混成型雜弦」(即TOE宇宙五M弦圈),＜見下頁(圖二-第6,7代弦圈)＞
本宇宙有2種可能的總質量:
1.可觀測到「137億光年」範圍的質量約:1.79×1058g
2.最大的「普朗克密度」(Planck density)總質量約:5.157×1093g(註2)
1.本宇宙-可觀測到137億光年質量約:1.79×1058 g.
本宇宙的總質量:依狄拉克(Dirac)於70年代:按宇宙退行速度小於光速的一半為距離我們最近的可見宇宙邊界而計算出,本宇宙可見範圍內可能約有1078個質子,即宇宙總質量約:1054g,若同樣以數十年前宇宙大小的數据為1028cm估計,則可見宇宙的質量約為1055g. 此後,又經過衆多科學家多年的計算更新,增加為本宇宙可能約有1.071×1082個質子或1.968×1085個電子,因而算出本宇宙可觀測的質量約為:1.79×1058g(質子質量1.672×10-24g×1.071×1082個質子),但此質量仍遠比普朗克密度的本宇宙最大極限質量:5.1574×1093g小非常多,約小1035倍,. 但是近10年來,由於宇宙大暴脹(甚至可能是以超光速暴脹)的碓認和約為宇宙可見物質及可見能量總合20.7倍的宇宙暗物質及暗能量的發現. 再加上2008年WMAP衛星又觀測出宇宙幾乎是平坦的(「平坦的宇宙」代表的是:觀測到的宇宙僅佔「整個球面宇宙」非常小的區域,就像以人身的體積來看地球,無論怎麽看,地球都是平的一樣). 正因如此,現今宇宙科學家(包括前述的-狄拉克本人),大都認為-真實宇宙的大小是「無法觀測」,而遠超乎我們想像的. 按5.1574×1093g約=10117個質子的質量,而「充滿質子中的強力」遠大於-充滿宇宙空間中「無限範圍的引力」約1039倍,1039倍再乘上計算立體空間的3次方,即(1039)3正好=10117. 綜合上述,故本宇宙總質量以下述:第2種普朗克密度5.1574×1093g/cm3的宇宙最大質量,可能性較高.
2.本宇宙-最大的普朗克密度總質量約:5.157×1093g(約=2.893×10126eV).
內含本宇宙最大總質量的5.157×1093g(2.893×10126eV)的「大霹靂奇異點」, 其中總能量的57.7%,即2.9758×1093g(約=1,6693×10126eV)在經過了2-326次方「一分為二」的旋轉分裂後,而成為單位能量為「普朗克能量:1.221×1028eV(約=2.1768×10-5g)」的「E8×E8’混成型雜弦」(即TOE宇宙五M弦圈),又經過了再一次,即2-327次方「一分為二」的旋轉分裂後,而成為其中約含1.367×1098個「E8×E8雜弦」簡稱「E型雜弦」(即GUT陰極宇宙弦圈),及1.367×1098個「SO(32)雜弦」簡稱「O型雜弦」(即GUT陽極宇宙弦圈),而「E,O二型雜弦」的單位能量為:6.1×1027eV(約=1.088×10-5g). 而普朗克能量,再經過了「一分為二」的60次(÷260)分裂後,即分裂出「八正道-重子家族」中的質子及中子,而再分裂至274次時,則分裂出e－電子. 上述3種粒子即:質子,中子,e電子,結合成原子,原子組成分子,分子最後再合成物質. 而「大霹靂奇異點」其餘總質量的42.3%,即2.181×1093g(約=1.2237×10126eV),則形成本宇宙的「真空能量場」.
「E8×E8’混成型雜弦」亦即TOE宇宙五M弦圈(見:下-圖二上方中央第6代弦圈,詳細的演化全圖,見第五章:圖1,圖2),由內含8組8個TOE弦位元,共計64個TOE陰陽極弦位元所組成:左半邊32個弦位元以TOE陰極弦位元為多數,佔20個弦位元,而TOE陽極弦位元為少數,佔12個弦位元,中間為「暗能量場」(見附錄1:「暗能量」),而右半邊32個弦位元則以TOE陽極弦位元為多數,同樣佔20個弦位元,而TOE陰極弦位元則為少數,亦佔12個弦位元. 故11維維超重(引)力的「E8×E8’混成型雜弦」(TOE宇宙五M弦圈)是由8組8個弦位元,共計64個TOE陰,陽極弦位元所組成,其組合方式如下:(圖二-第6,7代弦圈)

 

11維超引力場的五M弦圖

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

一.第11維:TOE-Ⅰ型弦-1組,即「TOE宇宙五M弦圈」,左半邊下方之1組,
8個TOE弦位元,內含4個陰極弦位元 及 4個陽極弦位元
TOE-Ⅰ型弦分裂為:GUT-Ⅰ型弦,
二.第11維:TOE-ⅡA型弦-1組,即「TOE宇宙五M弦圈」,左半邊上方之1組,
8個TOE弦位元,內含6個陰極弦位元 及 2個陽極弦位元
TOE-ⅡA型弦(TOE陰磁單極子):分裂為:GUT-ⅡA型弦(GUT陰磁單極子),
三.第11維:TOE-E型雜弦-2組,即「TOE宇宙五M弦圈」,左半邊中之2組,
每組:8個TOE弦位元,內含5個陰極弦位元 及3個陽極弦位元
TOE-E型雜弦分裂為:GUT-E型雜弦.
四.第11維:TOE-Ⅰ型弦-1組,即「TOE宇宙五M弦圈」,右半邊下方之1組,
8個TOE弦位元,內含4個陽極弦位元 及4個陰極弦位元
TOE-Ⅰ型弦分裂為:GUT-Ⅰ型弦
五.第11維:TOE-ⅡB型弦-1組,即「TOE宇宙五M弦圈」,右半邊上方之1組,
8個TOE弦位元,內含6個陽極弦位元及 2個陰極弦位元
TOE-ⅡB型弦(TOE陽磁單極子):分裂為:GUT-ⅡB型弦(GUT陽磁單極子)
六.第11維: TOE:O型雜弦-2組-即「TOE宇宙五M宙弦圈」,右半邊中2組,
每組:8個TOE弦位元,內含5個陽極弦位元 及 3個陰極弦位元
TOE:O型雜弦分裂為:GUT-O型雜弦.
(以上:ⅠA型弦,ⅡB型弦,O型雜弦,ⅡA型弦,E型雜弦, 扣除Ⅰ型弦重複在左右陰陽二極出現,所以仍為五種M弦,即11維TOE宇宙大霹靂五種M弦)
11維維超重(引)力的「E8×E8’混成型雜弦」(TOE宇宙五M弦圈),再以一分裂為二的模式-旋轉分裂出二種「GUT大統一雜弦」,此即5.38×10-44秒的時空起源分裂(見上分圖中-第7代「E8×E8雜弦」及「SO(32)雜弦」),分裂結果如下:
Ⅰ,左半圓以左旋分裂出:上圖左下方之「E8×E8雜弦」(GUT陰極宇宙弦圈),內含:
一.GUT-Ⅰ型弦. 二.GUT-ⅡA型弦. 三.GUT-E型雜弦
「GUT陰極宇宙弦圈」之後組成「Y膜宇宙」最後再大
爆炸(暴脹)成本陽極宇宙的双生宇宙-陰極宇宙(影子世界)
Ⅱ,右半圓以右旋分裂出:右上圖下方之「SO(32)雜弦」(GUT陽極宇宙弦圈),內含:
一.GUT-Ⅰ型弦. 二.GUT-ⅡB型弦. 三.GUT-O型雜弦.
「GUT陽極宇宙弦圈」之後組成「X膜宇宙」最後再大
爆炸(暴脹)成本陽極宇宙
(註1):11維時空即「十一維超重(引)力論」中,統一「宇宙4大作用力」:1引力,2強作用力,4電磁力,的「超統一場」. 而前述26維時空中,未發生暴脹,而成為量子場論「緊化」的「16維-內秉空間」,除其中10維應為:双生的-陰極宇宙(影子世界),其餘6維則為更廣大而未知的:「超統一場」(見第五章圖一).
(註2):普朗克宇宙密度(Planck density),這是宇宙大霹靂5.38×10-44秒時,本宇宙的最大質量密度,公式為:
/C.mpl4=C5/?G2 =mpm/mpl3=5.1574×1093g/cm3.(=2.893×10126eV)
由5個常數算出: 1普郎克(角動量)常數?=1.0545887×10-27耳格.秒.
2重力常數G=6.673×10-8公分3.公克-1秒-1.
3光速C=2.99792485×1010公分/秒.
4普朗克質量mpm=2.1768×10-5公克
5普朗克長度mpl=1.616×10-33公分
故本宇宙最大極限質量約為:5.1574×1093g(=2.893×10126eV)

第三節.「GUT大統一場」的「五種超弦」
GUT大统一場即「超弦理論」中的第10維時空:也就是本宇宙可測量的「起源時空」,宇宙時間為5.38×10-44秒至10-36秒,時空維度波長為普朗克波長1.616×10-33cm至宇宙大暴脹(inflatation)或稱為第2次宇宙大爆炸(ekpyrotic)時的時空維度波長6.62×10-30cm.
讓我們再回到前章所述:由11維維超重(引)力的「E8×E8’混成型雜弦」(TOE宇宙五M弦圈),一分裂為二,而分裂出的10維的「E8×E8雜弦」(GUT陰極宇宙弦圈)及10維的「SO(32)雜弦」(GUT陽極宇宙弦圈),再經過一分為二的1至12次(2-1至2-12次方)分裂後,逐次分裂為:GUT大统一場的五種超弦,這五種超弦及其分裂出的各代粒子概略分別敍述如下＜詳見下:(圖三)＞:

 

10維GUT大統一場的五種超弦及粒子起源結構圖

 

 

 

 一.GUT-Ⅰ型弦(含Ⅰ型閉弦&Ⅰ型開弦):依序分裂為-GUT重力子,引力型中性膠子,其中Ⅰ型閉弦的GUT重力子分裂為-中性希格斯玻色子,再衰變為(正,反)下夸克及正反微中子.
二.GUT-ⅡA型左旋閉弦:依序分裂為陰磁單極子,陰電希格斯玻色子,中性希格斯玻色子(1/2陽磁單極子加1/2陰磁單極子),反上夸克,下夸克(3/4陰磁單極子加1/4陽磁單極子),反微中子
三.GUT-E型雜弦:依序分裂為Y玻色子,W-弱玻色子,陰電膠子,e－電子加反微中子,
光子(e－電子加e+正電子)
四.GUT-ⅡB型右旋閉弦:依序分裂為陽磁單極子,陽電希格斯玻色子,中性希格斯玻色子(1/2陽磁單極子加1/2陰磁單極子),上夸克,反下夸克(3/4陽磁單極子加1/4陰磁單極子),微中子
五.GUT-O型雜弦:依序分裂為X玻色子,W+弱玻色子,陽電膠子,e＋正電子加微中子,
光子(e+正電子加e－電子)
GUT五種超弦至10-36秒,12次分裂後,已分裂成五種宇宙起源粒子
一半為:一.GUT重力子. 二.GUT陰磁單極子. 三.Y玻色子
三種「宇宙起源粒子」共同結合成:「Y模宇宙」即「陰極模宇宙」.
另一半為:一.GUT重力子. 二.GUT陽磁單極子. 三.X玻色子
三種「宇宙起源粒子」共同結合成:「X模宇宙」即「本陽極模宇宙」

第四節「GUT大統一場」的「X,Y玻色子」內部結構圖

 

 

 

 

 

10維至9維宇宙大暴脹區:第12代X,Y玻色子的內部結構圖

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

(上圖四)左方的8個Y玻色子,4個GUT陰極單極子,4個重力子,共同組成單位能為2.9812×1024eV的第12代「GUT-Y玻色子」,2.8×10101個「GUT-Y玻色子」再總結合成「Y膜宇宙」(Y-brane world)即「陰極模宇宙」
(左圖中紅虛線內4個陰極單極子加4個重力子,合併後正,負位元數之比與Y玻色子同為0.325比0.625,故合併後亦成為Y玻色子)
(上圖四)右方的8個X玻色子,4個GUT陽極單極子,4個重力子,共同組成單位能量為2.9812×1024eV的第12代「GUT-X玻色子」,2.8×10101個「GUT-X玻色子」再總結合成「X膜宇宙」(X-brane world)即「陽極模宇宙」
(右圖中黑虛線內4個陽極單極子加4個重力子,合併後正,負位元數之比與X玻色子同為0.625比0.325,故合併後亦成為X玻色子)
陰,陽二極模宇宙,相吸相撞而發生:宇宙2次大爆炸(即大膨脹),而重(引)力子同時存在於陰(Y),陽(X)二極模宇宙中,上圖中央區的:陰,陽磁單極子吸收重力子合成Y,X玻色子,之後再衰變成強子族的夸克. 而上圖外圍區原先的Y,X玻色子放出重力子,之後再衰變成輕子族的電子及微中子. 故重力子為連接及轉換宇宙主要二大粒子族群:強子族與輕子族的粒子,亦為宇宙時空中傳遞重(引)力的粒子.
(詳見下圖五-1 及 下圖五-3)
宇宙2次大爆炸(即大膨脹)的時間為10-36秒至10-33秒,之後第9維時空誔生.