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解读宇宙的起源,真空是如何通过“无中生有”产生物质的?

 HZAAAAAAA 2023-03-20 发布于广东

现代主流科学理论认为,我们的宇宙诞生于138亿年的宇宙大爆炸,体积无限小的奇点突然膨胀,之后经过漫长演化,成为了如今我们看到的丰富多彩的世界。

解读宇宙的起源,真空是如何通过“无中生有”产生物质的?

那么,奇点到底是怎么来的呢?它为什么可以“无中生有”?

用经典物理学很难解释,因为热力学定律告诉我们,物质不能“无中生有”,能量和物质是守恒的,物质怎么可能凭空出现呢?

而且“无中生有”也不符合我们的日常生活认知,如果有什么东西能“无中生有”,我们不但理解不了,更会吓破了胆!

但有一种理论可以诠释物质到底是如何“无中生有”的,它就是量子场论。

解读宇宙的起源,真空是如何通过“无中生有”产生物质的?

该理论认为,所谓的“真空”并不是“什么都没有”,而是处于基态的场。如何理解这句话?

在万物之初,空间里充满了各式各样的场,相互交织在一起,当所有的场都处于基态时,也就是没有被扰动的场,就是我们通常所说的真空状态,这样的状态是没有任何粒子的。

基态是能量的最低形态,并不是没有能量。

解读宇宙的起源,真空是如何通过“无中生有”产生物质的?

宇宙中可能会随时出现能量波动,处于基态的场就会受到扰动,从基态变为激发态,受到激发的场就会产生相应的基本粒子,而每种基本粒子其实都可以看作某种场的量子化体现。

比如说,光子就对应电磁场,电子对应的是电子场等等,也就是说,处于基态的电磁场受到扰动就会变成激发态,形成光子。至今人类已经发现了62种基本粒子,也就对应62种不同的场。这些粒子又可以分为三大类,分别是费米子,玻色子和希格斯粒子。

解读宇宙的起源,真空是如何通过“无中生有”产生物质的?

受到激发的场也会重归平静,退回基态。任何事物都会倾向于向基态发展,因为基态是最稳定的状态。就像山上的石头,总有向下滚落的趋势,任何风吹草动都可能导致石头滚落到山谷,对于石头来讲,山谷就是“基态”,那里最稳定。

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而粒子的衍生与湮灭,对应的正是某种场的激发和基态。不同的场之间也可以进行能量转换,体现出来的就是我们常见的物理现象。

比如说中子可以转变为质子,如何转换的呢?通过贝塔衰变(β衰变),在这个过程中还会产生电子,反中微子。

解读宇宙的起源,真空是如何通过“无中生有”产生物质的?

具体过程就可以通过场的概念来解释。通过场的弱相互作用,中子场由激发态重回到基态,这个过程中会释放能量,同时引起其他场由基态变为激发态,这些场就包括质子场,电子场等,从而就会产生质子和电子等基本粒子。

能够看出,所谓的真空,并不是“一无所有”,而是处于基态的场。所谓的“无中生有”本质上只是基本的能量转化为基本粒子罢了。

而我们的宇宙就是通过这种“无中生有”的方式诞生的。下面简单了解一下宇宙大爆炸理论。

解读宇宙的起源,真空是如何通过“无中生有”产生物质的?

宇宙大爆炸理论最初是由物理学家勒梅特提出来的,“大爆炸”三个字一开始本来带有嘲讽目的,没想到后来成为了家喻户晓的理论,后来也真的被很多证据证明,比如说宇宙微波背景辐射,哈勃发现的红移现象等。

解读宇宙的起源,真空是如何通过“无中生有”产生物质的?

宇宙大爆炸理论发展至今,已经相当成熟完整,但仍有一个重大瑕疵,那就是奇点的由来。

物理学上从来不接受无穷的概念,无穷属于抽象概念,而物理学研究的是具体概念,无穷只属于数学研究的范畴。

也就是说,无穷小的奇点,让所有的物理学都失效了,这也是宇宙大爆炸理论非常尴尬的地方,无法解释奇点的诞生。

解读宇宙的起源,真空是如何通过“无中生有”产生物质的?

而诡异的量子力学和量子场论就可以避免奇点的尴尬,用处于基态的场来描述宇宙诞生时的状态,用宇宙的波函数描述宇宙诞生之前的状态,也就是量子状态,计算出宇宙出现的概率。

也就是说,我们宇宙的出现是一种完全随机的行为,出现的几率到底有多大可以用费曼的路径积分方法计算出来,用波函数表达出来。

说白了,世界上并不存在绝对的“无”。宇宙大爆炸之前并非“什么都没有”,而是由各种处于基态的场形成的“混沌”状态,受到扰动的基态场转变为激发态,从而产生了基本粒子,然后基本粒子形成了宇宙万物。

解读宇宙的起源,真空是如何通过“无中生有”产生物质的?

正如老子的《道德经》中讲的那样:天下万物生于有,有生于无!并不是说老子真的参透了宇宙诞生的奥秘,但从哲学思想上来讲,老子的思想与如今宇宙起源的理论思想不谋而合!

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