单位文秘网 2021-07-23 08:14:54 点击: 次
信息还是光,都无法在它们之间传递。
三个理论殊途同归
来自美国加州大学戴维斯分校的物理学家史蒂夫·卡利普,是尝试把各种量子引力理论汇集起来进行比较分析的人之一。卡利普和他的同事利用了一种弦理论的分支理论来进行计算,发现在宇宙创生之后的10-43秒内,空间分裂为离散的块状,而每一块里所发生的任何事件都与外面无关。
其他的科学家还发现,利用因果动力三角论——另一种独立的量子引力理论——也会得到类似的结论。因果动力三角论认为,宇宙是由许多类似金字塔形状的时空单元构成。这些金字塔的组合方式决定了时空是如何弯曲的,如同广义相对论里质量和能量决定了时空是如何弯曲的。
在因果动力三角论中,时空的每一块可以都不一样。此理论的创始人之一,荷兰内梅亨大学的物理学家雷娜特·洛尔与她的同事,通过电脑的模拟,得到数亿种时空块的组合方式,然后他们对这些进行分析,来找到现实中最有可能发生的组合方式。他们发现,有许多种组合出的宇宙与我们的宇宙类似。
洛尔等人还发现,所有的因果动力三角论的宇宙可以处在三种完全不同的“相”中的一种。一种是与我们现在的宇宙类似,时空中不同区域可以通过信息或作用力等方式来建立相关的联系;另一种是整个宇宙是性质处处相同的一大块,里面每一部分都是另一部分的重要组成部分;最后一种是每一个时空单元之间都是彼此毫无联系的,每一块都是独立的,而这时就是宇宙的沉默时刻。
如果研究人员能分析出宇宙如何在这三种相之间互相转化的话,这会对于加深量子引力的理解有很大的帮助,而且也可加深我们对于时间和空间本质的理解。所以这里还需更深入的研究。
最近的研究发现,圈量子引力论也证实,宇宙可能是诞生于沉默之中。在圈量子引力论中,时空如同无数扭结所构成的织物,而这个时空的纤维丝的编结方式决定了粒子和作用力。
来自法国约瑟夫·傅立叶大学的物理学家奥雷利安·巴洛和他的同事,利用了圈量子引力论来分析宇宙早期时的状态。他们发现逆着时间去分析,发现随着宇宙越来越热,越来越密,光的穿行速度会越来越慢。直到某一时刻,宇宙中所有物质都到致热致密的时候,宇宙里的光完全无法穿行。如果光都无法穿行,信息就不会传递,没有任何作用力可以传递,时空的每个区域与其他区域之间就毫无联系了。这就是宇宙的沉默时刻。
消失的时间
圈量子引力论还有一个奇怪的推论。如果你要使劲地继续挤压沉默时刻的宇宙,时间就会消失。此时,宇宙将不会再保持沉默状态,光线反而可以再次移动,不过光速会变为虚数,而虚数就是平方为负数的数。通过相关的方程组可以看出,之所以会产生这种奇怪的现象,是因为时间变成了空间的一个维度。也就是说,我们得到了4维的空间,而没有时间。
尽管这个对于大部分人来说很难理解,不过巴洛等人兴奋地发现,这种结果与美国物理学家詹姆斯·哈妥和英国物理学家斯蒂芬·霍金共同提出的理论结果类似。哈妥和霍金提出的了一种无边界假设,认为宇宙并没有真正的奇点,而宇宙大爆炸之前是没有时间的,只有4个维度的空间。
质疑与验证
不过上面的研究成果并没有得到所有科学家的认同。事实上,上面所有的理论都是比较初级的,所以现在不能完全断言宇宙的确经过了沉默时期。除了不断完善各自的理论之外,最重要的是能找到相关的证据,当然要找到这样的证据得需要很长的时间。
最有可能先找到证据的地方就是宇宙微波背景辐射。目前,普朗克卫星所获得宇宙微波背景辐射的数据是现在最精确的数据,但是巴洛表示,普朗克卫星精确度还没有达到检测圈量子引力论的要求,所以还需要更高精度的探测。另外,卡利普认为,最近通过南极的望远镜观测到的宇宙微波背景辐射的数据图中,可能存在沉默时刻的线索,尽管他并不知道这样的线索是什么样的。
另外寻找线索不一定都在天空之中,一些其他的线索可能在实验室中就能找到(详见超级链接)。
尽管这些是十分概念性的东西,不过不同的量子引力理论模型之间都可得到相似的结论,所以有必要继续研究下去。可以肯定的是,宇宙这种沉默的时刻对理解宇宙的创生,能带来一系列全新思考。
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