物理學界再現新發現:宇宙誕生於“無”,由“相變”而生成

當你對科學產生了越來越濃厚的興趣時,不是因為你懂得了科學原理,而是因為你很可能發現了科學真理。一個喜歡探索的人,對萬事萬物都能充滿興趣;一個追求科學真理的人,會發現世界無時無刻不充滿著激動人心的驚奇。

你看到的世界有多大,取決於你能看到的有多遠,你能看到的有多遠,取決於你的思維意識能展開的維數。科學的發展進步,猶如朝代的交替更迭,舊的理論不斷被淘汰,新的理論不斷閃亮登場。後者總是比前者更“視野”寬廣。

不得不說,“真相”是一個很會隱藏自己的高手,它們總喜歡藏身於常規事物的身後,如果你不是一個善於探索尋找的愛好者,你很難發現它們的藏身之處。

物理學界再現新發現:宇宙誕生於“無”,由“相變”而生成

比如關於宇宙起源的理論,你是相信宇宙誕生於奇點,還是相信宇宙別有起源呢?如果說宇宙萬物皆誕生於“無”,沒有時間,沒有空間,沒有能量的“無”的話,你會有怎樣的反應呢?如果說宇宙的誕生純屬一場意外,你又會有何反響呢?千萬不要輕率地說“瞎扯”,更不要貿然離開,否則你會被自己的常規思維永遠禁錮在原地踏步徘徊,而永遠無法看不到遠處那些優美漂亮的“風景”。展開我們那常規的線性思維,向儘可能多的維數舒展,探索之旅正待啟航,你準備好了嗎?探索科學,探索宇宙,水木長龍與您繼續我們的探索之旅。

曾經,無論藝術家,生物學家,物理學家,還是數學家等,幾乎都不約而同地相信宇宙萬物遵循完美的對稱守恆定律,無論是在數學方程上(比如,將牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦或薛定諤的方程給反轉過來,它們依然能保持形式不變),還是在空間形狀上,甚至是時間或能量上。更讓人覺得不可思議的是,這種不可名狀的堅信,甚至促進了人類對反物質的發現(難道這就是量子力學理論所揭示的集體意識的強大力量?)。

物理學界再現新發現:宇宙誕生於“無”,由“相變”而生成

量子力學奠基者之一,保羅·狄拉克在用薛定諤方程求解量子本徵值時,一直困惑於薛定諤方程為什麼是非相對性的,卻無意間發現愛因斯坦的質能方程並不是完整的,正確的方程應該是:E=±mc^2,即少了一個負號。這讓狄拉克非常吃驚——愛因斯坦在科學上一生嚴謹,怎麼會在如此重要的方程上出現疏忽?難道負號並不重要?還是愛因斯坦故意去掉的?

如果將愛因斯坦的質能方程缺失的負號補上的話,那麼該質能方程就會出現一種新的解釋——宇宙萬物都有其相對應的反物質,負能量。狄拉克預測,反物質與我們平時看到的物質相似,但所帶電荷和磁性卻是相反的。比如,在我們的物質世界裡,原子主要由帶正電荷的質子和不帶電的中子構成的原子核與核外帶負電荷的電子構成。而對於反物質而言,一個反原子很可能是由帶負電荷的質子(反質子)和反中子(磁性相反)構成的原子核與核外帶正電荷的電子(正電子)所構成。反原子或反粒子的結合可以形成反分子,乃至反宇宙的萬物——即反物質。

物理學界再現新發現:宇宙誕生於“無”,由“相變”而生成

顯然,狄拉克的預言後來被檢驗是正確的。卡爾·安德森在分析宇宙射線軌跡時,發現一個電子在磁場中好像走錯了方向,電子的反電子從此被發現。之後,科學家又發現了諸多粒子的反粒子。狄拉克也因此獲得了諾貝爾獎以及劍橋盧卡遜教授職位。

物質有其反物質,能量有其負能量,海森堡的不確定性原理讓空間存在著對稱性,愛因斯坦的相對論讓時間成為互補。於是不同領域的研究者和大家們更加地堅信宇宙的完美對稱守恆定律。這種堅信,甚至為無數的夢想者插上了飛翔的翅膀,他們甚至認為,在此宇宙自己泛泛小輩,但在自己的對稱宇宙裡,說不定自己就是國王。更甚者,完美對稱守護者們甚至相信——時間互補對稱的存在可以讓他們做時光旅行,回到過去修補自己曾經留下的缺憾;空間互補對稱可以讓他們穿越平行宇宙相遇那個強大完美的自己。

正當完美主義者們沉醉於自己的夢想不能自拔時,物理學家喬治·伽莫夫根據他們堅信的完美對稱守恆定律提出了一個推理,將他們的夢想潑了一盆冷水。伽莫夫提出的推理是:如果宇宙萬物遵循完美的對稱守恆定律,那麼完整宇宙(包括反宇宙)的總能量應該等於零。如果宇宙的總能量為零的話,那麼宇宙就不是誕生於一個能量無窮大的奇點,而是誕生於“無”——真正的沒有空間,沒有時間,沒有物質,沒有能量。如果宇宙誕生於“無”,也就相當於宇宙從來就沒有真正存在過,生成的宇宙萬物都只不過是虛幻,如同量子真空漲落中生成的“虛粒子對”,瞬間生成,來不及真正存在便又瞬間湮滅。之所以我們感覺宇宙演化了那麼長時間——138億年,都是相對效應的障眼法。

物理學界再現新發現:宇宙誕生於“無”,由“相變”而生成

正當完美主義者們為伽莫夫的推理感到沮喪難過時,楊李(楊振寧,李政道)有關宇稱不守恆的發現,為完美主義者們又重新燃起了希望,儘管這種希望不再那麼完美,但他們相信,“對稱破缺”是宇宙演化發展的規律,絕對的對稱守恆如同一潭沒有活力的“靜”水,水需要流動,才能奔向遠方,宇宙需要演化,才能進化萬物。為了自己的信仰不破滅,他們甚至認為,對稱破缺並非真正破缺,只是“奇偶守恆”暫時失去了平衡,只要進行方程旋轉,便可以恢復對稱守恆。不幸的是,他們的預言失敗了,旋轉方程實驗證明,宇宙方程式在旋轉時同樣會發生改變,這就是“CP違例”的證明(C代表“電荷共軛”,P代表“奇偶反轉”)。

宇稱不守恆的發現,也就證明了宇宙物質與反物質的不對稱不守恆。科學家經過推理計算得出,宇宙在誕生之初,物質和反物質並不是等量的,而是物質略多於反物質,大約比反物質多出十億分之一,其他的物質和反物質因為彼此相遇碰撞而最終湮滅掉了。正是這多出來的十億分之一物質,構成了我們現在能看到的宇宙。

可是,當研究者計算宇宙總能量時,卻再次發現,宇宙總能量幾乎為零。這便又回到了伽莫夫的推理——難道宇宙萬物真是誕生於“無”?果真如此,又是如何從“無”中誕生出來的?這與“量子真空漲落”似乎不太一樣。量子真空並非真的空,而是存在著巨大的能量,所以才會發生量子漲落現象,時不時地生成“虛粒子對”,然後又瞬間湮滅歸還真空能量。如果宇宙誕生於沒有時間、空間、物質、能量的“無”,怎麼可能生成宇宙萬物?哪怕是“虛粒子對宇宙”也需要能量才可以吧?

物理學界再現新發現:宇宙誕生於“無”,由“相變”而生成

“無,名天地之始;有,名萬物之母”,老子似乎早有先見之明,不是嗎?

無中能生有?這,怎麼可能?別忘了,量子力學告訴我們“一切皆有可能”,不可能是因為不理解,超出理解的範疇往往就會被釘上“不可能”的標籤。對於宇宙總能量為什麼幾乎為零,研究者是這樣解釋的:

宇宙並非誕生於能量無窮大的奇點,而是誕生於“相變”。相變源於微小的波動,微小的波動會導致蝴蝶效應的連鎖反應,從而會將“平靜的湖水”掀起翻天大浪。這也正是存在物質和反物質的原因,也是狄拉克發現愛因斯坦質能方程缺少一個負號的原因。

如果不好理解,我們可以舉個例子。一塊平地,你用鐵鍬挖了一個土坑,挖出來的土你堆在了坑的旁邊。如果以地面為水平座標,水平座標為0,超過地面的座標值為正,低於地面的座標值為負。那麼堆起來的土堆就相當於正物質,被挖成的土坑就相當於反物質,而正物質加反物質,正好等於0。而宇宙生成的原理與此很像,當然,宇宙並不是“挖”出來的。

那麼,宇宙是怎麼生成的呢?

物理學界再現新發現:宇宙誕生於“無”,由“相變”而生成

宇宙生成於“相變”。就像平地改變了自己的本“相”,生成了高山和凹地,長出了樹木和花草,孕育了眾生,承載著萬物一樣。在宇宙誕生之初,一切都為零,如同一池平靜的水,沒有任何波動,彷彿什麼都不存在一樣。然後一個小小的石子無意間投入池水中,生成了一圈圈的漣漪,池水開始“動”起來,根據弦理論,振動的模式和頻率會生成不同的物質粒子,儘管我們不能檢測池水的振動會生成怎樣的基本粒子,但並不能因為無法檢測便斷言不存在。

同樣的道理,宇宙誕生於“無”,如同沒有任何波動的平靜池水(但不是池水,而是“無”,一個一切為零的起點),然後一個小小的外力輕輕一彈,便將零的平衡給打破了,相變開始——振動波盪漾著向前推進,所經之處,再無零的平衡,兩極生成,正反產生。有時候中間夾雜的駐波導致振動波不能順暢前進,波峰疊加,波谷疊加,生成更大的相變,或者波峰與波谷相遇,又復歸於零平衡。是不是很像量子真空漲落的現象?也許量子真空漲落的原因就是因為零平衡被打破導致的。

物理學界再現新發現:宇宙誕生於“無”,由“相變”而生成

這就是為什麼宇宙總能量接近於零,但並不等於零的原因。不等於零的那個小小能量,正是小小“石子”傳遞的能量,即外來能量的推動。也許宇宙就是誕生於一次意外,一次無意間被打破了零平衡而發生相變生成的。

如果宇宙由相變而生成,那麼宇宙萬物便可以由相變而進行相互轉化。正如尼古拉·特斯拉曾發現的——時間相變可生成能量,空間相變也可生成能量,而能量相變可生成空間和時間,所以空間和時間是可以通過“相變”進行相互轉化的。

愛因斯坦發現了“質—能”之間相變的轉換關係,尼古拉·特斯拉發現了“時—空”之間的相變轉換關係,你發現了什麼相變轉換呢?說說你的觀點吧。

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