關于宇宙大爆炸、時間之矢和熵的一個觀點

多年來，科學家們一直在給我們灌輸一個觀點：我們的宇宙始于”大爆炸“。這常常讓人們有一種感覺，就是宇宙的那場誕生是非常奇異的過程。

但芝加哥大學的兩位物理學家卻并不這樣認為。

西恩?卡羅爾是芝加哥大學的物理學助理教授，她想告訴我們：大爆炸在我們宇宙的整個歷史中并不具有特殊性！

卡羅爾和研究生詹妮弗?陳認為：大爆炸只是宇宙極其漫長的自然演化過程（不斷擴張、變得稀薄并逐漸冷卻）中反復發(fā)生的一種普通事件。

我們來看兩個問題：為什么時間只能向一個方向流動，以及為什么大爆炸（一個尚未證實的理論）由“虛空”中的能量波動引起，并且這個“虛空”遵從我們已知的物理學定律？

一些研究人員很早就指出宇宙有可能是周期性循環(huán)的，大爆炸只是我們已知宇宙的起點，而不是包含這個已知宇宙的更大宇宙的起點，那個更大的宇宙中包含了大量不在我們這個“宇宙泡“中的物質，那些物質我們是永遠看不到的。

關于時間只能朝一個方向流逝的問題已經(jīng)困擾了物理學家一個世紀，因為大部分物理學定律并不區(qū)分過去和將來，也就是它們具有時間對稱性。

時間和“熵“的概念關系密切，“熵“是一種對宇宙無序度的衡量。物理學家路德維格?玻爾茲曼在一個世紀之前就已經(jīng)指出：熵隨著時間的流逝而增加。

卡羅爾對此舉了個形象的例子：你可以將雞蛋變?yōu)橐粋€熟蛋餅，但不能將熟蛋餅變回雞蛋。

但是為何宇宙最初具有低熵狀態(tài)呢？這個問題一直困擾著科學家們，大部分科學家都會繞開這個問題。之前有些研究者通過假定宇宙中的熵是有限的來嘗試解決這個問題，卡羅爾和詹妮弗?陳則通過相反的方法。

他們在一個報告中提出一個假設：“宇宙的熵是無限的，它可以一直增長下去”。

為了和當前觀測到的宇宙相符，任何一種理論都必須能解釋宇宙膨脹現(xiàn)象，這也是大爆炸理論的一個推論。膨脹意味著，宇宙在大爆炸發(fā)生后不到一秒的時間內，出現(xiàn)了極其快速的擴張。

但是這里有一個問題：為了開始膨脹過程，宇宙最初需要一個非常不一般的構造，其中必須包含一個特殊的微小物質塊，而這種構造形式是很難在完全隨機的情況下形成的。

卡羅爾和詹妮弗?陳不這樣想，他們認為宇宙的最常規(guī)構造更像一個寒冷而空曠的空間，這種空間結構很難產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。

在一個有限熵的宇宙模型中，一些科學家認為一種隨機波動會觸發(fā)膨脹，但是這需要宇宙中的分子從高熵狀態(tài)波動到低熵狀態(tài)，這種事情發(fā)生的幾率很小。

卡羅爾說：“觸發(fā)膨脹的條件并不容易達成，有觀點認為從隨機波動中誕生宇宙要比產(chǎn)生膨脹還容易！”

卡羅爾和詹妮弗?陳的無限熵方案靈感來自1998年的發(fā)現(xiàn)：由于暗能量這種神秘力量的存在，宇宙將持續(xù)擴張下去。在這種情況下，宇宙最可能的構造就是它幾乎是空無一物的。

卡羅爾說：“在我們這個宇宙中，熵在增長，宇宙也在膨脹，并變得更空?！?/p>

但是即使是空無一物的太空，也存在亞原子級別的能量波動，如巴塞羅那自治大學的賈米?格瑞加和塔夫茨大學的亞歷山大?維林金所指出的，這種微小的波動會在宇宙中持續(xù)不斷形成大爆炸現(xiàn)象，散布在各個區(qū)域。卡羅爾和詹妮弗?陳對這種思路進行了極大的擴展，認為膨脹甚至可以在遙遠的過去發(fā)生逆轉，在那種情況下時間從我們的角度看就會倒退往回。

無論如何膨脹，這些大爆炸產(chǎn)生的新宇宙都會繼續(xù)熵增過程，在這個不停的循環(huán)中，宇宙永遠不會安寧下來。因為如果它真的達到了平衡，那么一切都將停止，時間也不會再流動。

最后來總結一下卡羅爾的觀點：“并不存在一個熵為極大值的狀態(tài)，你永遠可以通過創(chuàng)造一個新宇宙讓它擴張并冷卻的辦法讓宇宙的熵繼續(xù)增大！”

BY: Staff

FY: TelescopeX

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