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量子真空涨落示意图 三百多年前，被誉为十七世纪的亚里士多德的德国哲学家、数学家戈特弗里德·威廉·莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646年7月1日－1716年11月14日）发出天问：“Why is there something rather than nothing?” 1973年12月，英国《自然》杂志以“专题文章”的形式刊出一篇 题目为《宇宙是真空涨落的产物吗？》的文章。这位年轻的教师爱德华·特莱恩（Edward Tryon）大胆指出：浩瀚无边的宇宙，起源于量子真空涨落。第一次以科学严肃的语言描述了宇宙产生于看似虚无的真空。 量子涨落，也称为量子真空涨落，是指在真空中任意位置对于能量的暂时变化。量子真空涨落遵循不确定性原理。真空就像“粒子与虚粒子成对产生又成对湮灭”的时空泡沫。量子涨落可发生在空间中的任何地方，且存在的时间非常短，瞬间产生又瞬间消失，在大尺度上，能量守恒定律并没有被破坏。20世纪60年代末，也有一种解释说：物质或能量的万有引力，本身具有负的能量，当涨落产生的物质，会伴随产生一个引力场（负能量），正能量与负能量互相抵消，整个系统看起来并没有多出能量，量子涨落没有违反能量守恒定律。 无中生有的量子真空涨落，是量子力学里最反直觉的现象。在相对论里面，能量和物质等效；在量子力学里，时空和物质等效，物质是一种时空结构。量子真空涨落的本质就是时空的结构变化，真空涨落并没有无中生有。虚无和实有是相对的概念，不存在绝对的虚无，也不存在绝对的实有。超强激光可以从真空之中撕裂出电子，就是一个例证。真空是虚无和实有的叠加态，处于极不稳定的状态，任何细微的扰动，都会发生坍缩。 宇称不守恒定律，则会导致量子真空涨落出现“差错”。宇宙在诞生之前，时空和物质处于叠加态，也即是实有和虚无的叠加态。这种叠加态充满量子真空涨落。实粒子和虚粒子瞬间成对产生，瞬间成对消失，遵循着能量守恒定律。能量守恒，但宇称不守恒，一个实粒子和一个虚粒子同时瞬间产生，但在消失的时候，虚粒子或实粒子可能会消失得晚一点点时间。正是这一点点微小的“差错”，对极端不稳定的时空叠加态造成巨大的扰动。这个扰动导致时空叠加态坍缩，引起多米诺骨牌倒塌一般的连锁反应。这个连锁反应太快了，超过光速，可谓时空大爆炸。 1927年，比利时天文学家和宇宙学家勒梅特（Georges Lemaître）首次提出了宇宙大爆炸假说。1929年，美国天文学家哈勃观察到星系之间正在相互远离，发现红移现象，证实了宇宙膨胀说。1946年，美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论，认为宇宙大爆炸起源一个能量无限大的“奇点”。 宇宙大爆炸示意图 一个“点”莫名其妙地拥有无限大的能量，的确奇怪，所以称之为“奇点”。“奇点”爆炸说，常常被问及大爆炸之前是什么？它的假设者只能说：在“奇点”处，所有的物理定律失效，大爆炸之前的时间和空间无意义。这种武断霸道的解释，跟“神说，要有光，于是便有了光”的说法差不多。当然，“奇点”爆炸说，在大爆炸发生以后的解释相当完美，且有一系列的证据链佐证。 实际上，并不是因为“奇点”拥有无限大的能量，而是时空叠加态拥有无限大的能量——也叫真空零点能。宇宙大爆炸理论假设的“奇点”也许并不存在。或许，宇称不守衡导致量子真空涨落产生“差错”，时空叠加态坍缩，引起时空大爆炸，才是宇宙大爆炸的正确姿势。时空叠加态就好像是一桶干燥的烈性炸药，遇见量子真空涨落产生的一丁点火星，便要产生激烈爆炸。 从时空与物质等效的角度来说，宇宙大爆炸并非无中生有。 大爆炸产生的粒子到达一定极限，则引力占主导地位，粒子聚合在一起，形成一锅原始的宇宙汤。其后的演化，便是氢元素和氦元素产生，第一代恒星产生，星系产生。恒星通过“炼金术”，制造出一系列物质元素，为生命的产生准备物质条件。 宇称不守衡会导致局部的能量不守恒。我们的宇宙可能是因为实粒子消失得慢一丁点而产生，其它的宇宙可能是虚粒子消失得慢一丁点而产生。能量总体是守恒的。如果我们把时空叠加态视为母宇宙的话，在母体里面，宇称不守恒引起的大爆炸，时时处处都在发生，子宇宙生生灭灭，永不停息。 插个题外话。此宇宙与彼宇宙的区隔，是时空叠加态。两个平行宇宙之所以平行，就是因为它们之间存在时空叠加态。这种叠加态一旦被打破，两个宇宙便成了一个宇宙。好比两滴水，中间隔着空气，一旦发生接触，就会合二为一，成为一滴水。宇宙的边缘是时空叠加态。这种叠加态一旦被观察扰动，就会坍缩。无论是光速宇宙飞船还是光本身，永远无法到达宇宙的边缘。你所观察到的时空叠加态都会坍缩，并成为宇宙的一部分。宇宙之所以有限而无界，就是这个道理。一些人用“蚂蚁行走在地球的表面，可以无限转圈圈”，来说明宇宙有限无界，十分牵强，没有说服力。 1993年，利昂·莱德曼（Leon Lederman，1988年度的诺贝尔物理学奖得主）追问道：如果宇宙是答案，那么什么是问题？毫无疑问，宇宙的起源就是问题。宇宙起源于量子真空涨落，或许是正确答案。话又说回来，对于宇宙大爆炸理论，不管是“奇点”爆炸说，还是“真空涨落”说，都是科学假说。科学假说，今天被证实，明天又被证伪，都是很正常的事。宇宙蕴藏着无限奥秘，让人类智慧在不停息的探索之中，得到永恒存在的意义。 |
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