“宇宙大爆炸”的故事有多可信？

“宇宙大爆炸”的故事有多可信？ 原创 湛庐君 湛庐文化

Big Bang

“大爆炸”理论已经岌岌可危地存在了30多年，许多测量都有可能驳倒它，只要得到的结果不同。以下是其中5种可能的测量结果：

● 天文学家可能已经发现了一个天体，其氦丰度为零，或者远低于氢丰度的23%。这将是一个致命的事实，因为恒星内部的氢聚变可以轻易地使氦丰度升至银河系形成之前的水平，但无法将所有的氦重新还原为氢。

● 由宇宙背景探索者卫星精确地测量出的宇宙微波背景辐射的能谱可能与预期中的“黑体”辐射能谱或热辐射能谱不同。

● 物理学家可能已经发现了中微子与“大爆炸”理论不相符的一些现象。在“火球”中，中微子比原子多得多（大约多10亿倍），这与光子的情况一样。所以，一个中微子的质量即使仅为原子的百万分之一，它们总体上也会为目前的宇宙贡献超多的质量，甚至比隐藏在暗物质中的质量还要多。但中微子的实际质量（如果不是零）似乎太低了，不足以对“大爆炸”理论造成威胁。不过，将来的研究结果可能会证明它们具有更大的质量。

● 氘丰度可能与从“大爆炸”中留存下来的预期数量不符。

● 天空中宇宙微波背景辐射的温度的波动可能意味着，Q的值与从当前宇宙结构中推断出的值不相符。

然而，“大爆炸”理论已经通过了这些检验。这表明，我们得认真对待那个将宇宙反推到开始膨胀后一秒钟时（也就是氦开始形成时）的推理基础。

不过，就像根据岩石和化石可以推断出地球的早期历史一样，这些推论同样是间接性的，并且没那么定量化。也许，我们还可以向更早的时期追溯，不仅是追溯到一秒钟的时候，而是不到一秒钟的时候，以更深入地探测宇宙，甚至解释关键的宇宙数字。

我们可以很自信地退回离“大爆炸”更近一些的时段，但不能太近。我们不太了解宇宙在最初1/1000秒时的物理过程，因为此时所有物体的密度都比中子星的高。

在微观尺度上，科学家可以通过高能粒子的碰撞实验来模拟高温和高密度下的情况。不过，这项技术究竟能让我们回推多远，是有限度的。

即使正在日内瓦欧洲核子研究中心建造的巨型高能粒子对撞机也无法获得“大爆炸”后10-35秒时所有粒子具有的能量。

在宇宙诞生10-35秒时，甚至在更短的时间内，宇宙的许多重要特征可能已经定型了。在这种情况下，宇宙年龄时钟上的每10-1秒（小数点后每增加一个零）都同样充满变化，也都同样重要。

相比于从氦开始形成的第三分钟（大约相当于“大爆炸”后的200秒）到当前时刻（3x10-17秒，即100亿年）的变化，从10-14秒回推到10-35秒所经历的变化更大，因为它跨越了更多个10的指数级。由此看来，宇宙在极早期阶段很活跃，处于不断的变化之中（如下图）。

宇宙膨胀过程中的一些关键阶段的时间图表

一开始，宇宙的奥秘和微观世界的奥秘是相互重叠的。为了探索这些奥秘，我们需要将引力（在大尺度上起主导作用的力）与控制单个粒子的其他力联系起来。然而，这项工作仍未完成。当前，亚原子世界中的各种力和粒子已被归为同一类型。

▊“大爆炸”的其他遗迹

宇宙极早期的任何“化石”都至关重要，因为它们是弥补宇宙和微观世界之间的纽带。

部分理论物理学家提出了一种有趣的可能性，磁单极子可能是从早期宇宙中遗留下来的，古斯的理论明显地表达了这个观点。法拉第和麦克斯韦证明了电和磁之间的密切关系。

但是，正如他们清楚地认识到的那样，这两种力之间有一个关键区别：正电荷和负电荷可以单独存在，但磁的“北极”和“南极”似乎是不可分开的。磁体是偶极子（有两个磁极），而不是单极子（只有一个磁极）。

如果我们切开一个偶极子，就永远不会得到两个单极子，而只是更小的两个偶极子。尽管进行了许多巧妙的搜索，但从来没有人捕获到过磁单极子。

现代理论认为，磁单极子可能存在，但其质量可能非常大（比质子重1 000万亿倍）。由于它们拥有巨大的质量，就需要大量的能量来制造它们——这种能量在早期宇宙中普遍存在，但在之后就不存在了。

在现在的宇宙中，磁单极子非常少，因为磁场遍布星际空间，如果存在大量磁单极子，磁场就会“减少”。古斯对磁单极子的消失感到困惑，因为它们似乎不可避免地产生于宇宙早期。

实际上，他的最佳猜测是，它们的总质量将比实际存在的暗物质的总质量大数百万倍。暴胀的一个重要结果（如果它发生在磁单极子形成之后）是，它将会稀释磁单极子，这便解释了它们当前缺失的原因。

微型黑洞是另一种源自“大爆炸”之后的可能遗留物。一个原子大小的黑洞的质量相当于一座山的质量。可以想象，极早期宇宙产生了促使它们出现的必要压力。

尽管目前还没有什么办法产生这么大的内压力，但将来的某些高科技文明也许可以做到这一点。如果再结合下面这个推论，前景将特别迷人：

一个黑洞内部可能会萌发出一个新的宇宙，然后暴胀成一个与我们的时空毫无关联的新时空（可能是无限的）。

（注：以上内容摘自《六个数》）

作为权威的物理学家，作者以深刻的洞察力用六个数将宇宙学中看似无关的众多发现联系在一起，回答了一个人类追问了千百年的问题：我们从何处来？到何处去？

书中讲述的六个神奇数字决定了宇宙的基本特性。如果其中任何一个数字稍微有所不同，就不会产生星体，不会出现生命，更不可能有人类。现代宇宙的一切都取决于这六个数字的精密调协，而这无疑是一个物理世界的惊人巧合。

原标题：《“宇宙大爆炸”的故事有多可信？》

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