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如果说宇宙诞生于奇点,那奇点有多大?奇点外面又是什么?

类别:社会 发布时间:2024-05-31 09:33:00 来源:魅力科学君

关于宇宙的起源,有一种常见的描述就是:宇宙诞生于一个温度极高、密度极大的奇点,在大约138亿年前,这个奇点发生了一次大爆炸,随后一直持续在膨胀,并逐渐演化成现在我们所看到的宇宙。这种描述不免会令人感到困惑,如果说宇宙诞生于奇点,那这个奇点有多大?奇点外面又是什么呢?下面我们就来讨论一下这个话题。

如果说宇宙诞生于奇点,那奇点有多大?奇点外面又是什么?

前文提到的关于宇宙起源的描述,其依据是“大爆炸宇宙论”,这是目前科学界认同度最高的理论,该理论的提出最初始于一个客观存在的现象,即:我们所看到宇宙一直在膨胀。

据此我们就可以推测出,随着宇宙膨胀的持续,宇宙的物质密度在未来也会不断地变低,温度也会随之越来越低,反过来讲,在过去的某一时刻,宇宙的物质密度和温度就会比现在更高,而如果我们一直将时间回溯,就像将一部影片倒放一样,那么宇宙就会不断地收缩,其物质密度和温度就会越来越高。

利用时间回溯的方法,我们就可以推测出宇宙在过去是什么样子,但在时间回溯的过程中,我们还需要描述宇宙在过去的不同时间段的状态,这就需要理论的支持。

如果说宇宙诞生于奇点,那奇点有多大?奇点外面又是什么?

然而当我们把时间回溯到大约138亿年前的某个时间点,宇宙的状态就无法用任何已知的理论来进行描述了,如此一来,继续回溯时间也就没有了意义,而宇宙的这种状态就是“大爆炸宇宙论”中的奇点。

这里需要简单解释一下,“奇点”其实是一个来自数学的概念,它指的是能够让某个数学表达式没有意义的“点”,举个例子,在“x = 1除以y”这个数学表达式中,“y = 0”就是它的奇点。

也就是说,“大爆炸宇宙论”中的奇点,并不是指位于空间中的某个一特定的“点”,而是指宇宙所处的一种状态,所以“奇点有多大”这个问题,其实可以更准确地表述为:“处于奇点状态时的宇宙有多大”,而“奇点外面是什么”这个问题,也应该更准确地表述为:“处于奇点状态时的宇宙的外面是什么”。

如果说宇宙诞生于奇点,那奇点有多大?奇点外面又是什么?

在现代物理学中,时间和空间都是不能无限拆分的,它们都有一个极限值,分别称为普朗克时间和普朗克长度,这两个极限值都非常小,前者约为10的负43次方秒,后者约为1.6乘以10的负35次方米。

根据现有的理论,科学家只能将宇宙的过去回溯到“大爆炸”发生之后的1普朗克时间,因为在此之前,整个可观测宇宙的尺寸都在普朗克长度以下,以至于现有的理论根本就无法对其状态进行描述,又或者说,此时所有已知的理论都失去了意义(这正是奇点出现的原因之一)。

由此可见,在遥远的过去,当宇宙在处于奇点状态时,可观测宇宙的体积是非常小的,甚至比质子还要小得多,但需要知道的是,可观测宇宙其实是指我们人类能够观测到的宇宙范围,它只是宇宙的一部分而已。

如果说宇宙诞生于奇点,那奇点有多大?奇点外面又是什么?

那么问题就来了,当宇宙在处于奇点状态时,整个宇宙有多大呢?要回答这个问题,我们需要知道现在的宇宙有多大。

根据宇宙学原理,在宏观的尺度下,在宇宙中任意一个位置上观测,所观测到的物理规律以及物理量都是相同的,而根据已知的观测数据,宇宙的曲率应该是无限趋近于零,这就意味着,现在我们所看到的宇宙,很可能是无限大。

正如前文所言,“大爆炸宇宙论”中的奇点出现在大约138亿年前,这是一个有限的时间,很明显,在有限的时间里,一个无限大的物体无论怎么收缩,也不可能收缩成一个有限的体积。所以一个合理的推测就是,如果现在的宇宙是无限大的,那么处于奇点状态时的宇宙也是无限大。

如果说宇宙诞生于奇点,那奇点有多大?奇点外面又是什么?

另一方面来讲,一个无限大的物体,是没有“外面”这个概念的,所以在这种推测成立的情况下,我们也可以进一步推测出,处于奇点状态时的宇宙,根本就没有“外面”可言。当然了,这只是根据现有的观测数据以及相关理论给出的一种推测,期待随着科学的发展,未来的我们能够找到更好的答案。

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