既然宇宙誕生于奇點,那奇點的外面是什麼?

天空之城 2022/08/09 檢舉 我要評論

相信大家對「大爆炸宇宙論」都不陌生,畢竟這是解釋宇宙起源的主流理論,我們通常會將該理論理解為,宇宙誕生于一個體積極小、密度極大、溫度極高的奇點,在大約138億年之前,這個奇點發生了爆炸,然后漸漸演化成了我們現在所看到的宇宙。但問題是,既然宇宙誕生于奇點,那奇點的外面是什麼呢?

要回答這個問題,我們需要先來簡單了解一下這個所謂的「奇點」到底是怎麼回事。其實「大爆炸宇宙論」的提出與一個具有里程碑意義的發現密切相關,即:我們所觀測到的宇宙處于一種持續膨脹的狀態。

宇宙這種持續膨脹的狀態導致了宇宙的物質越來越稀疏,宇宙的整體溫度也隨之越來越低,據此我們就可以推測出,在過去的某一時間點,宇宙的物質密度和溫度都會比現在更高,假如我們像倒放影片一樣將宇宙演化過程進行時間回溯,那麼宇宙的物質就會越來越密集,整體溫度也會越來越高。

實際上,科學家就是通過這種時間回溯的方式來推測宇宙在過去的演化過程,然而當時間回溯到大約138億年前的某一個時間點,宇宙的物質密度和溫度就高到了無法用現代物理學解釋的程度,換句話來講就是,在這個時間點,所有已知的物理理論都失效了,而此時宇宙所處的狀態,就被稱為「奇點」。

既然奇點已經無法用現代物理學解釋了,那再進行時間回溯也就沒有了意義,正是因為如此,才有了「宇宙誕生于奇點」這種說法。

通過以上介紹我們可以清楚地看到, 「大爆炸宇宙論」中的奇點,并不是指位于空間中的一個點,而是指宇宙的一種狀態

由于光速的制約,我們其實只能觀測到宇宙中的一部分,這一部分也被稱為「可觀測宇宙」,根據「大爆炸宇宙論」的描述,當宇宙處于奇點狀態時,可觀測宇宙的尺寸小于普朗克長度,確實可以認為是一個「體積極小的點」,為方便討論,我們不妨將其稱為「初始奇點」。

可觀測宇宙只是宇宙的一部分,當宇宙處于奇點狀態時,「初始奇點」同樣也只是宇宙的一部分,所以如果我們要描述整個宇宙在處于奇點狀態時的大小,就必須要將我們無法觀測的宇宙,也就是「不可觀測宇宙」也包括進來。

宇宙學原理告訴我們,在宇宙巨觀尺度上,空間中任意一點在物理上都是相同的,在宇宙中任意一點觀察,所觀察的物理規律以及物理量都是相同的,另一方面來講,已知的觀測數據表明,宇宙的曲率無限接近于零,而這也意味著,宇宙的體積很可能是無限大的。

據此我們就可以推測出,「不可觀測宇宙」其實就是由無數個像我們這樣的「可觀測宇宙」組成,而如果將時間回溯到宇宙處于奇點狀態的時候,這些「可觀測宇宙」也就成了體積極小的「初始奇點」,換句話來講就是,此時的宇宙其實就是由無數個「初始奇點」構成。

需要注意的是,從理論上來講,任意一個「可觀測宇宙」的體積、膨脹速度以及我們回溯的時間都是有限的,所以這些「初始奇點」的體積并不是無限小,而是有限的。那麼一個由無數個體積有限的「初始奇點」構成的宇宙,它的體積有多大呢?

答案當然是無限大。因此可以說,就算是將時間回溯到「大爆炸宇宙論」所描述的宇宙誕生之初,處于奇點狀態的宇宙的體積也是無限大的,顯而易見的是,對于一個體積無限大的物體來講,并不存在「外面」這個概念。

綜上所述,「大爆炸宇宙論」所描述的奇點,并不是一個在空間中真實存在的點,而是指宇宙的一種狀態,處于這種狀態的宇宙,其中的每一個部分都可以描述為「密度極大、溫度極高」,而我們通常所理解的那個「體積極小的點」,其實是指我們的「可觀測宇宙」在此時的狀態,它只是處于這種狀態的宇宙的一部分。

所以如果要問奇點的外面是什麼,其實就相當于在問「處于奇點狀態的宇宙的外面是什麼」,由于宇宙無限大,即使是在處于奇點狀態的時候也是如此,所以也就沒有外面可言。

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