第三回 时宇始时一瞬间 极限小处一奇点

上回说到有关创世的神话传说,东西方的古代幻想者遨游在思绪的海洋中,努力寻找和探究地球发展的来龙去脉,创造了各种看似荒诞不经又经久不衰关于宇宙诞生的神话故事和宗教传说,充满着浪漫和温情,然而这都是人类自己的自我陶醉,真正的地球是在地震、火山、撞击、熔岩、暴雨、雷鸣和闪电中诞生,那是一个千灾百难的黑暗时代。

让我们把思绪从神话传说拉回到现实中来,走进亿万年前那个黑暗时代。

关于地球起源,科学家和学者们也是众说纷纭,迷雾重重。但,学界普遍认为宇宙、地球及他的兄弟行星都脱胎于太阳,而太阳产生于138亿年前宇宙的诞生-大爆炸。

关于这次大爆炸,需要我们尽情的发挥想象力,去想象大爆炸的那一刻的壮美景象。首先,我们要去创造一个爆炸点,这个点的科学名词叫做“奇点”,我们暂时把这个奇点想象成一个鸡蛋,事实上,奇点远比鸡蛋要小很多很多很多,或许只有鸡蛋壳上的一个小孔那么小,或许还得想象得比他更小,总之你能想象得有多小就多小。然后,我们把能够想象得到、想不到的、看得见和看不见的银河系、太阳系、恒星、行星、卫星等一切天体和宇宙之物,包括光,也包括时间,全部装进这个鸡蛋。那么,很好,你已经做好了模拟宇宙诞生的实验准备了。

接下来,就需要一场真正意义上的大爆炸,至于是如何引爆了,暂时不要纠结,总之他爆炸了,爆炸之后,一切你能想得到的、想不到的、看得到了和看不到的,包括时间和空间、意识和物质,总之一切的一切都破壳而出,宇宙自此诞生。爆炸过程及其壮观美丽和光芒万丈,其速度之快,范围之广,能量之大,影响之远,无法用语言来形容。就在爆炸的一刹那间,刹那,汉语词语意思是形容瞬间,须臾,一眨眼的工夫。唐玄奘《大唐西域记》卷二所释:一刹那为一念,二十念为一瞬,二十瞬为一弹指,二十弹指为一罗预,二十罗预为一须臾,一日一夜有三十须臾。据此可推算出:一昼夜有八万六千四百秒,那么“一刹那”等于0.013秒。而宇宙大爆炸似乎不满足那刹那的瞬间,他要进一步提高速度,而且提高得人类难以想象和掌握,以至于要创造一个新的时间概念才能描述—普朗克时间。1普朗克时=10-43秒=0.0000000000000000000000000000000000000000001秒,也就是一千亿亿亿亿亿分之一秒。而且就在这一瞬间,准确的说是在不到10-30秒之内,宇宙扩大了10亿亿亿倍大,在不到1分钟时间内,宇宙的直径已达1600万亿公里。是不是已经把你搞得头昏脑涨,晕头目眩的,不要紧,你只要知道宇宙爆炸速度很快很快,而且瞬间就就有了一个巨大的宇宙就行了。

大爆炸瞬间,产生大量的热量,温度可以达到一万亿度,密度可以达到原子核的密度,也就是说,每一毫升大概有一亿吨,也就是大约只有20滴水那么大的体积就便有一亿吨的质量,总之就是特别特别重。在这么大的密度,这么高的温度下,不用说物质,就连构成物质的基本单位分子、原子都不可能存在。那此时的宇宙里有什么呢?有光子、电子、正电子、质子、反质子、中子、反中子、中微子这些粒子。

随着宇宙的膨胀,温度下降,这个好理解吧,就像我们在一个狭小房间里的火炉旁烤火一样,这个时候你或许能感觉到温暖,当火炉放在体育馆或者大剧院中间的时候,温度就降低下来,宇宙膨胀温度降低,当温度降到10亿度左右时,中子开始质子结合,产生了两种主要元素-氢和氦,请记住这两兄弟,他们在将来的扮演着创世主的角色。

大爆炸形成的宇宙是一片弥漫的原始星云,他实际上就是空中飘着的大量氢原子,星云碎片在自身引力的作用下不断收缩,又由于引力逐渐凝聚到一起,如图滚雪球一样越来越大,像蚕蛹,像棉花糖,像天空的云朵,星云聚集成团,并逐渐成长为星球,最后形成各大恒星,太阳就是其中之一。

恒星内部压力也越来越高,这种压力会把氢原子紧紧压合在一起,产生聚变反应,形成新的元素氦。当氢燃烧完后,恒星内的氦可以再聚变为氧和碳。如此持续合成越来越重的原子,直到铁的产生。比铁更重的元素则可以在一些特殊的环境,如大质量恒星演化晚期的超新星爆发中产生。而组成我们身体的碳、氧、铁等重元素都是先在恒星中产生,再于恒星爆发后被抛射出来,在太空中,像灰尘一样游荡,直到跟其他的星云混合,因重力形成新的恒星,可以说我们每个人都曾经是某颗恒星中的一部分。太阳周围的物体不断碰撞和聚合形成行星,地球便是其中行星之一。就像一个鸡蛋爆碎之后,大的碎片形成恒星如太阳,大碎片周围的小碎片形成行星如地球。只是,这个过程整整用了大约100亿年,也就是46亿年前,地球孕育了,不过请记住,此时的地球还仅仅是一个胚胎,离出世还早,离长大成人也还早。

3分钟后,98%的目前存在的物质都产生了。一个美妙无比,五光十色,精彩纷呈的宇宙产生了,而这一切都只是在你听完这个故事的时间内形成的。

说到宇宙大爆炸我们不得不提到哈勃,这位美国著名的天文学家,被称为星系天文学之父。1929年,哈勃公布了一个震惊科学界的发现,他发现所有的河外星系都在离我们远去,即宇宙在高速地膨胀着。正是这一发现开启了宇宙起源于一次大爆炸的科学研究序幕,既然宇宙在膨胀,那么在过去,在哪个越遥远的时间里,宇宙天体之间的距离是不是越来越小,直到缩小到一个点,大爆炸的起点。这就是前面所说的奇点。

人们都会有这样的问题,既然宇宙诞生于大爆炸,那是什么启动了大爆炸,大爆炸之前又是什么呢?看这似乎是个难题,毕竟在日常生活中东西不会凭空出现,你想喝咖啡时,不可能弹指就变出一杯咖啡,你必须用其他东西制作,例如咖啡豆和水,也许还要一些牛奶和糖。如果继续追问,奇点为什么会爆炸,奇点中包含的物质原材料来自哪里?这些问题已经不是物理学研究的范畴了,而且现代物理不能给出答案,或者说现代物理学的所有理论是基于宇宙爆炸之后的自然规律建立起来的,这样的规律是不适用于解释宇宙爆炸之前的因果的。作为一个学采矿专业的我,更不能给出答案,这里面还涉及到大量的物理、数学和天文知识,如暗物质和暗能量的问题,请原谅我的知识短浅,这里我就不一一赘述了。但是霍金给出了十分简单的答案:宇宙形成之前什么都不存在,万物皆无。

其实,关于宇宙起源还有很多其他的学说,如虫洞喷发说认为,我们现在所生存的宇宙起源于一次时空之门的开启。宇宙永恒论则认为宇宙没有大爆炸,也没有奇妙的创造,宇宙中的天体数量和分布以及它们的空间运动从开始就一直处于一种稳定状态,宇宙是永恒的,用今天的一句话来说就是:宇宙就在哪里。宇宙分成论认为宇宙的结构是分层次的,恒星是一个层次,由恒星组成的星系是另外一个层次,由多个星系组成的星团又是另外一个层次。由星团组成的超星系则是一个更高的层次。宇宙大爆炸理论是被大多数的科学家支持,我们知道,宇宙大爆炸理论从上个世纪20年代末被哈勃提出来之后,得到了越来越多的证据支撑。

宇宙大爆炸理论已经是宇宙起源的主流理论,也得到了越来越多的证据支撑。我们可以肯定,关于大爆炸以及未来会有更多的问题,需要一辈又一辈一代又一代的科学家去寻找答案,生活中很少有东西能比宇宙的浩瀚无垠、神秘莫测更能引起人们迷恋与好奇,纵观历史,从古到今、从中到外、从儿童到成人、从宗教到科学、从科幻作家到哲学家、从儿童到成人,无不对此心怀崇敬而心驰神往,每一个人都在用自己的方式了解和解释着万物真正的起源。

宇宙起源似乎跟我们要讲的煤没有太多的关系,但为什么要讲呢,原因有二,一是因为煤是存在需要载体,那就是地球,地球是宇宙的一部分,理所当然要讲讲宇宙。二是时间,而且是亿万年的超长时间,而时间也是因为大爆炸才有的。因此,不管科学家对宇宙的起源有多大的争议,或者还有多少没有确定的地方,我们至少应该清楚一点,我们都应该清楚的知道,宇宙、地球就在那里,大爆炸为地球的诞生提供了母体,大爆炸产生的宇宙就是孕育地球的子宫,有如妈妈的肚子。

关于宇宙起源,关于大爆炸还有很多未解之谜有待去考究求证,宇宙是人类的诞生之地,随着人类文明的不断前进,人们已经开始对宇宙的诞生产生了越来越浓厚的兴趣,这不仅仅是好奇心的驱使,更是人类未来生存延续的一个关键点。因为我们的宇宙,能够稳定多久,是不是永远会保持下去,这一切都需要先搞清楚宇宙的诞生,只有这样我们才能知道宇宙的现在和未来,一起探索宇宙无数的奥秘。

欲知后事如何,且听我慢慢道来。

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