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古希腊哲学家卢克莱修有一句名言“无中不能生有”。从能量守恒定律的角度来说，能量不能无缘无故的产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体转移到其它物体，而总能量保持不变。主流科学理论认为，我们所在的宇宙是一个炽热致密的奇点爆炸后膨胀形成的。如果宇宙诞生于一次大爆炸，那么引发大爆炸的能量从哪来，总不能凭空产生吧？
根据现代宇宙学解释，宇宙的确是凭“空”产生的，而且不违背能量守恒定律！下面让我们来了解一下。
宇宙的全部能量分为三类：
1. 所有粒子运动而产生的能量（动能）
2. 所有粒子互相吸引而储存的能量（引力势能）
3. 与所有粒子质量相关的能量（静止能量）
动能和静止能量是正的，但引力势能却是负数，为什么呢？根据万有引力定律，任意两个物体之间都存在互相吸引的力。为了克服这种吸引力，将两个物体分开，就需要从外部提供正能量。因此要想把一枚火箭送入太空，就必须消耗大量燃料以克服火箭因地球引力产生的负势能。
著名物理学家史蒂芬霍金在《时间简史》中指出，在空间分布大致均匀的宇宙中，引力代表的负能量刚好抵消物质代表的正能量，使宇宙的总能量为零。换句话说，宇宙诞生并非无中生“有”，而是无中生“无”！
那么诞生宇宙的“无”又是什么？没有宇宙之前是啥样呢？
我们先从真空说起。广袤的宇宙除了行星、恒星和星系以外，绝大部分地方都是真空。和你想象的截然不同，看似空无一物的真空蕴藏着勃勃生机，无数幽灵般的粒子在倏忽之间出现，转眼又归于虚无。为了实物粒子相区别，科学家将这种无法直接检测的粒子称为“虚粒子”，而虚粒子自发出现和湮灭的过程就是真空量子波动。据测算，一个典型的虚电子存在的时间只有10^-21 秒。
根据量子力学的不确定性原理，虚粒子依靠借来的能量才得以存在。借的能量越多，存在时间就越短；少量借贷的话，保留的时间可以更长一些。虽然能量不允许凭空产生，但借来的能量在规定时间内还回去就不算违反能量守恒定律。
量子场论指出，我们现在的宇宙处于“真”真空态，与之对应的是宇宙诞生之前就已经存在的“伪”真空态。伪真空中同样存在量子波动，虽然大多数量子波动持续时间非常短暂，但尺度无限的空间蕴含无数可能——如果某个地方量子随机涨落的时间足够长，就有可能激发伪真空。由于量子隧穿效应，不稳定的伪真空将衰变为真真空——奇点大爆炸的“导火索”就会被点燃！
英国理论物理学家保罗·戴维斯认为，伪真空蕴含的能量极其巨大，1立方厘米的伪真空就有10 ^87焦耳能量。巨大的能量意味着巨大的质量——1立方厘米的伪真空质量就有10 ^67吨，比整个可观测宇宙的质量（10^48吨）还要大！伪真空的巨大能量产生同样巨大的负压力，这种负压力在大爆炸发生时表现为巨大的排斥力，导致衰变后的真真空在短短的10^-36至10^-32秒之内就膨胀了10^26倍——包含无数星系，神秘而瑰丽的宇宙由此诞生了！
宇宙V往事-专注科学科普｜敬请关注
本文选自：今日头条 |
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发表于 2019-1-24 22:35:46
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