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宇宙最最开始的第一个物质是从哪里来的?

本文基于宇宙起源中的大爆炸模型,若对此存疑,请自行绕道。

    先说一点:物质是可以凭空产生或者消失的(在微观尺度)。

    其实这是一个关于宇宙起源的问题。

    现有的宇宙模型中,最为普遍接受,也是有最多实际证据的模型就是「大爆炸」(The Big Bang)。

    大爆炸模型基于爱因斯坦的广义相对论,得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。

大爆炸宇宙模型

    大爆炸的起点就是「奇点」,也就是一个密度极大,温度极高的一个点。这里的重点就是:这个点是怎么来的?


真空中的「暗流」

    首先,大家知道,海森堡的不确定性原理(Uncertainty principle),不确定性原理的原文描述为:粒子的位置与动量不可同时被确定,位置的不确定性越小,则动量的不确定性越大,反之亦然。其位置的不确定度乘以动量的不确定度,一定大于等于一个常数h/4pi,用公式来表达就是:

    而除了位置-动量不确定性关系式以外,时间和能量也存在这样的不确定性关系,由此得出的推论是:即,你无法知道一个精确的时刻某一处的能量值。时间越精确,能量的变数就越大。能量测量的越精确,时间就变得很模糊。用公式来表达就是:

    由此而来的就是「量子涨落(quantum fluctuation)」:在真空中,极短的时间内,处处存在着能量的波动,在一瞬间产生,又在一瞬间消失,有人说这违反了能量守恒定律!其实是不违反的,从宏观整体来看,能量还是守恒的;而在微观中,却是波涛汹涌。爱因斯坦和波尔对此提出了启发性意义:一个只能暂时存在的量子态,不能拥有明确的能量;为了要拥有明确的能量,必须很准确地测量量子态的频率,这连带地要求量子态持续很多周期。

    这一组「能量」和「时间」的不确定性关系,使得从真空中「借」得能量成为了可能,当某一次借得的能量超过了一个阈值,这些能量就触发了大爆炸。大爆炸产生了把极高的能量在一瞬间爆发出来。而能量即是物质,大爆炸的能量冷却下来,就形成了各种物质,进而形成了如今的宇宙。

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