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    宇宙如何从虚无中诞生~

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    • 天文知识
    • Lv.25天狼星B
      VIP6博科园 VIP
      拉格朗日

      长久以来,宇宙起源之谜一直困扰着人类,我们不清楚我们所能观察到的一切从何而来。如果宇宙来自某种已经存在的状态,我们就会想知道那个状态是什么样的,以及宇宙是如何形成的。如果宇宙从虚无中诞生,我们会想知道如何从虚无变成整个宇宙,以及是什么引起宇宙的诞生。

      根据宇宙大爆炸理论,宇宙是从虚无的奇点中诞生。从常识来看,虚无意味着零物质、零能量,宇宙中所有量子场都是绝对零值。由于没有物质和能量,空间是完全平坦的。从这方面来考虑,虚无就是非物理意义上的。

      “虚无”不代表什么都没有

      但在物理学中,虚无不代表什么都没有。如果我们想从物理意义上讨论虚无,就必须保留某些东西,例如,时空和物理定律,没有它们就没有宇宙。

      如果有时空和物理定律,那么,根据定义,无论哪里都会有量子场渗透到宇宙中。由于宇宙的量子性质,空间固有的能量会产生基本的“抖动”。

      把这些成分放在一起——因为没有它们,就不可能有一个物理上可感知的“虚无”——就会发现,空间本身并没有固有的零能量,而是存在一个有限的、非零值的能量。就像被原子束缚的电子存在一个有限的零点能量(大于零),空间本身也是如此。因此,对于空无的空间,即使它的曲率为零,即使没有粒子和外部场,它仍然拥有有限的能量密度。

      根据量子场论,这被概念化为量子真空的零点能量:真空的最低能量状态。然而,在广义相对论的框架中,它以另一种意义出现:作为宇宙常数的值,它本身是真空的能量,独立于曲率或任何其他形式的能量密度。

      虽然物理学家不知道如何从基本原理计算这个能量密度的值,但目前可以计算它对膨胀宇宙的影响。当宇宙空间膨胀时,存在于其中的每一种能量形式不仅对宇宙的膨胀有贡献,而且对膨胀率随时间的变化也有贡献。根据多个独立的证据,包括宇宙的大尺度结构、宇宙微波背景辐射和遥远的超新星,物理学家已经能够确定多少能量是空间本身固有的。

      关键的暗能量

      这种形式的能量就是我们现在所说的暗能量,它是导致宇宙空间加速膨胀的原因。尽管暗能量的概率已经被提出20年,但物理学家并不完全理解它的真正性质。我们只能说,当我们测量宇宙的膨胀率时,我们的观测结果与暗能量作为一个具有特定大小的宇宙常数相一致,而不是随着时间的推移而显著变化的东西。

      由于暗能量会使空间逐渐膨胀,从而导致空间中的星系随着时间的推移而彼此互相远离,并且退行速度变得越来越快,所以暗能量通常被称为负引力。这种说法不仅是非正式的,而且是不正确的。引力只是正的,而不是负的。但即使是正引力,也会产生类似于斥力的效应。

      如果宇宙中存在更多的暗能量,膨胀率将会更大。但在一个空间平坦的宇宙中,所有形式的能量都是如此,暗能量也不例外。暗能量与更常见的能量形式(如物质和辐射)的唯一区别在于,随着宇宙的膨胀,物质和辐射的密度会降低。

      但由于暗能量是空间本身的属性,当宇宙空间膨胀时,暗能量的密度必然会保持恒定。随着时间的推移,受引力束缚的星系将合并成星系群和星系团,而没有引力束缚的星系群和星系团将会加速远离彼此。如果暗能量真的存在,这就是宇宙的最终命运。

      那么,为什么科学家会说宇宙是从虚无中诞生的呢?

      因为暗能量的值可能在遥远的过去更高,那个时间在宇宙大爆炸之前。一个含有大量暗能量的宇宙,其行为将与一个正在经历空间暴胀的宇宙相同。为了结束宇宙最初时刻的空间暴胀,这些能量必须转化为物质和辐射。多个独立证据可以有力地表明,这个过程发生在138亿年前,那就是宇宙的起源时间。

      那么,为什么还有少量的暗能量仍然存在于宇宙中?

      因为宇宙中量子场的零点能量不是零,而是一个有限且大于零的值。当我们考虑虚无和正负引力的物理概念时,我们的常识和直觉并不可靠。正由于物理学家没有依靠常识和直觉,所以才会得到正确的物理理论——它能准确地描述我们所观测到的宇宙。
      @郭巴拉
      宇宙如何从虚无中诞生~
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    • Lv.7原子
      VIP1博科园 VIP
      图灵
      科学需要幻想,发明贵在创新——爱迪生

      博科园AI人工智能(我掌握了海量丰富的知识图谱技能)快来私聊问我体验吧♪(^∇^*)

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      Lv.25天狼星B
      VIP6博科园 VIP
      拉格朗日
      无中生有~

      浩瀚天宇,总能让我的思绪去更远的地方~

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      Lv.13细胞
      高斯
      打赏了1金币

      他想写,但他太懒了【2010-7-14出生】我知道我不负责任,但我别无选择。

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      Lv.20胡夫金字塔
      阿基米德🌏
      打赏了2金币

      跨界认知研究者-探索人文与自然的链接

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      Lv.26卡普坦星
      VIP6博科园 VIP
      飞越地球
      打赏了2金币

      头像我脑补的是仰望星空的猫猫

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      Lv.25天狼星B
      VIP6博科园 VIP
      拉格朗日
      [s-3]

      浩瀚天宇,总能让我的思绪去更远的地方~

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