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下面我们来简单推导一下空间为何会出现指数膨胀。根据广义相对论和宇宙学原理,可得到宇宙的演化方程——弗里德曼方程,这是宇宙学极为重要的一个方程。对于宇宙大爆炸前期来说,方程后面两项可忽略不计,从而可简化为:
这里p代表物质的能量密度,g是引力常数,a(t)代表空间的大小,a(t)上面一个点代表宇宙空间的大小随时间的变化率,也就是微积分里的da\/dt。
如果爆胀场的能量密度是一个固定数值,那么p就是一个固定数值,整个方程的右边就是一个固定值,简化后它就变成一个非常简单的微分方程,大一学生基本都会解这个微分方程。其解令人惊讶的是出现了指数形式。因为a代表空间的大小,t代表时间,这就意味着宇宙空间的大小随时间呈指数变化。所以,只要假设真空爆胀场的能量密度是一个固定值,宇宙空间的大小就能随时间指数增加。
接着看看爆炸前后宇宙的总能量变化。根据定义,能量密度等于能量除以体积,而体积等于长度的三次方。由于爆炸使宇宙的长度增加了10的26次方倍,可知宇宙的体积增加了10的78次方倍。又因为宇宙爆胀场的能量密度是一个固定值,所以爆炸前后宇宙的能量增加了10的78次方倍。假如爆炸前宇宙只有几百个氢原子的能量,那么爆胀后宇宙的总能量就会变成10的55次方千克,而10的55次方千克就是现在可观测宇宙的总质量。这个结论相当震撼,以往我们一直认为宇宙大爆炸起始点密度无限大、物质无限多,现在依据爆胀场理论,大爆炸的起点只需有几百个氢原子的能量即可,宇宙几乎所有的能量都是在10的负36次方秒到10的负32次方秒之间通过空间爆胀增加的。
一、宇宙大爆炸能量来源
那宇宙增加的这么多能量是从哪里来的呢?天文学的主流观点认为是从真空获取的能量,真空蕴含着大量能量,它存在高能量状态和低能量状态,就好比水库一样,大爆炸之前的真空处于高能量状态,大爆炸之后变为低能量状态。
因为存在类似大坝高度固定的某种条件限制,所以真空能量的变化也是相对固定的,这就相当于真空暴胀场的能量密度是固定值。根据前面讲过的弗里德曼公式,暴胀场的能量密度固定会引发空间指数膨胀。
另外,真空能量发生变化后,如同水库上游的水倾泻到下游,在下游积攒了大量能量。按照之前所讲,能量与真空相互作用能产生各种粒子,这些能量在下游的真空里形成了一团包含夸克、胶子、电子、光子等的粒子云,之后粒子云逐步合并形成质子、中子、原子核、原子、恒星和星系等。
总之,真空从高能量状态转变为低能量状态,其能量数值变化相对固定,这导致了空间指数膨胀、能量损耗,同时在真空里激发出粒子云,正好对应暴胀场理论和大爆炸理论这两个互补的理论。在宇宙学领域,目前只有这两个理论有较多观测证据,暴胀场理论有部分观测证据,大爆炸理论至少有6个观测证据,其他理论基本缺乏观测证据。所以,宇宙大爆炸的能量很可能来源于真空势能的变化,这一点很重要,我再强调一下,宇宙大爆炸的能量很可能来源于真空势能的变化。
二、关于真空能量的思考及不同理论观点
那真空的能量又是从哪里来的呢?有以下两种思路:
1 霍金等人的观点:霍金认为物质的能量与真空的能量之和为0,如果物质的能量是正的,那么真空的能量就是负的。(此处“伊拉克”表述有误,推测可能想说“狄拉克”,狄拉克是20世纪除爱因斯坦之外非常重要的物理学家,他认为真空是充满负能量态的粒子海,其对真空的理解可供我们参考。)
2 能量守恒相关探讨:在现代物理学中,能量守恒等价于时间的平移不变性,假如自然法则不遵循时间的平移不变性,那么能量可能不守恒。事实上,现在不少天文学家认为宇宙物质部分的能量是不守恒的,至于物质与真空的总能量是否守恒还存在争议,我个人认为物质加真空的总能量应该是守恒的。
那真空为什么有能量呢?真空里面到底有什么东西?人类对真空的认知还处于类似盲人摸象的阶段,用不同的理论去观察真空,会得到不同的结论。例如:
1948年,卡西米尔通过实验证明真空并非空无一物,里面存在能量涨落;1960年,量子场论认为真空里充满了虚粒子;1990年,量子信息领域认为真空是具有大量量子纠缠的量子比特海;2000年,宇宙学研究发现真空里存在暗能量,暗能量促使宇宙加速膨胀。
人类至今还无法完整描绘出真空的真实面貌。
三、多重宇宙相关探讨及与其他宇宙观对比
真空为什么存在能量高的状态和能量低的状态呢?真空在一个点会发生宇宙大爆炸,在其他点有没有可能也会发生宇宙大爆炸呢?对于这两个问题,目前科学暂时无法给出确切答案,只能借助科幻的多重宇宙模型来探讨。
多重宇宙观点认为存在一个有限或者无限的真空,里面有很多“泡泡”,每一个“泡泡”就是一个宇宙,“泡泡”里面有时间、空间、粒子,而“泡泡”外面没有时间、空间、粒子,只有真空。
由于存在量子涨落,真空的能量并非完全均匀,有高有低,一些真空区域能量高,另一些真空区域能量低。霍金曾打过比方,真空就像临近沸腾的水,一旦某个区域温度超过100°c,就会瞬间形成一个气泡,也就是发生一次宇宙大爆炸,释放该区域真空的能量。因为气泡形成过程是吸收热量的,就像宇宙大爆炸吸收了真空里局部过高的能量,从而在真空里“吹”起一个宇宙泡泡。
那宇宙泡泡未来的宿命是什么呢?既然泡泡起源于向真空借能量,那么泡泡最终的归宿必然是把能量还回真空,有借有还嘛。具体来说,物质通过质子衰变、黑洞霍金辐射、大撕裂、真空衰变等方式变成光子,而光子的波长会随着空间膨胀被拉长,即光子的能量被空间膨胀降低,那光子减少的能量去哪儿了呢?当然是回归引力场或者回归真空了。所以,从多重宇宙角度来看,回归真空有可能是我们这个宇宙泡泡的最终归宿,这一点很重要,我再强调一遍,从多重宇宙的角度来说,回归真空有可能是我们这个宇宙泡泡的最终归宿。
四、宇宙观的发展
既然宇宙起源于真空,那真空又是怎么来的呢?假如真空是由真真空创造的,那真真空又是谁创造的呢?这样追问本源是无穷无尽的。真空也只是人类现阶段对宇宙的了解,肯定不是终极答案。若要寻找终极答案,可能只能借助于信仰,比如上帝、道、佛、自然法则、物自体、绝地精神、飞天意面等等。大家更倾向于道或者自然法则。
基本逻辑:自然法则创造了真空,真空将基本的能量传递给暴胀场,暴胀场衰变后激发出一团粒子云,最后从物质、能量、信息三方面开启了宇宙大爆炸,这就是整个宇宙大爆炸的宏观逻辑结构。
大约138亿年前,整个宇宙从一个极小、极热、极致密的起点状态瞬间膨胀开来,就像一个巨大的火球在瞬间爆裂,释放出无尽的能量和物质。这一瞬间,时间与空间一同诞生,宇宙的舞台由此拉开帷幕。在大爆炸的那一刻,宇宙从这个起点开始急剧膨胀,释放出巨大的能量和物质,温度高达数十亿度。随着宇宙的膨胀,温度逐渐降低,物质开始凝结,形成了氢、氦等轻元素,之后这些轻元素在引力作用下聚集,形成了第一代恒星和星体,宇宙的结构逐渐显现并不断演化。
主角:我是谁?我在那?放我出去!放我出去!!!
做完这个梦,主角一直在想\"道\"或自然法则是什么?
当尝试唯物主义无果后,他开始用唯心主义视角看世界。
从唯心主义角度来看,意识可视作源于感知的幻觉,时间宛如事物运动而生的幻觉,空间亦为相对大小的幻觉,颜色实则是对不同波长电磁波形成的幻觉,五感乃经神经系统作用产生的幻觉,记忆是带有虚幻色彩的影像式过往幻觉,因果逻辑可被看作思维的基础,灵魂出窍则是一种知觉幻觉体验。
从唯心主义角度来看,世界万物都是由信息数据(能量状态)及规律秩序(逻辑结构)组成的。能量状态本质基于量化表示能量大小、方向及转换的运算;逻辑结构本质可用集合论中的关系和映射(如函数)构建事物有序关联等数学模型。
宇宙第一因是数学,世界是数学的。
如果逻辑大于存在,则世界是虚拟的,数学的,可理解的。如果存在大于逻辑,则世界是真实的,混沌无序的,且不可理解的。如果存在等于逻辑,那就是叠加态时是数学的概率的,可理解。本征态时则是确定的真实的,可感知的。
现在态都确定的,未来态都是概率的!
通常来说,存在得符合逻辑才能够存在。就好比穿越到过去,按照现有的逻辑来看,它既不符合逻辑还会破坏因果关系,不过要是真的成功穿越了,那就表示它在过去能够存在,此时原本的逻辑就没法对它进行约束了,而且它还可能做出更多不符合逻辑的事儿,感觉就像是“大于等于”逻辑一样。
同样的道理,宇宙第一因要是想存在,就必须得超越因果的逻辑,也就是要“大于等于”逻辑,不然的话就能依据逻辑去确定它产生的原因了,那样它就称不上是真正的宇宙第一因了。这个宇宙第一因呢,它既是原因也是结果,是过去、现在以及未来的自己,是永恒存在并且没有任何变化的,不会受到时空以及逻辑法则的影响,或其自身就是逻辑法则。从现在的认知角度来讲,这个第一因是数学,只有数学能做到等于逻辑本体或者说数学就是逻辑本体 。客观世界产生第一因是逻辑本体数学。这样才能确保万事万物永恒符合逻辑。也就是说,数学并非人类创造,而是本身就永恒存在,人类只是发现它罢了。
数学的大前提是有因必有果,物理学的大前提是有因必有果。所有科学的大前提都是有因必有果,只是数学的因属于抽象世界,自然科学的因属于真实世界。
自洽:就是自身内部不能有矛盾。好比一个理论、一套说法或者一个系统,从它自身的各个方面、各个环节去看,都要能说得通,不能自己跟自己打架,逻辑上要连贯一致。
他洽:得和自身之外的其他相关理论没有矛盾,并且还要能和它们建立起关联。就是说这个东西要能跟外面已经存在的、被认可的那些理论配合得上,相互之间和谐共处,不冲突,还能有联系。
续洽:一方面要求当相关的理论全都实际运作起来的时候,不会出现矛盾情况;另一方面还要求这个理论进行推论、往外扩展的时候,依然是没有矛盾的,从头到尾都要逻辑通顺、无冲突。
泛心理理论:宇宙一切皆有意识,就是一切皆分为程序(规律)及信息(数据)。就是石头有成分特性,汽车有汽车的性能参数,人有人的自我及意识。
宇宙大爆炸前也是无物质,无时空的,也只有能量状态及逻辑法则的。
违背存在模型的存在逻辑法则(比如依附贴合和三洽),就是不存在呀!
无矛盾体,不仅包含客观世界中的实际存在状况,同时也包含在纯逻辑层面上能够成立的存在形式,但并不涉及感像,想像,抽象,幻像等感觉感知层面上的存在情况。
为什么科学定律需要实证,而数学定理不需要?原因在于科学定律和数学定理属于不同性质的知识体系。科学定律相当于三段论中的特定情况(或小前提),而科学推理通常是从一般原理(大前提)和特定情况出发,通过归纳或演绎得出结论。由于归纳推理的结论并非必然为真,因此科学定律需要通过反复实验进行验证。相比之下,数学定理是从已知的前提(包括公理和已证明的定理)出发,通过严格的逻辑推理得出的必然结论,因此不需要额外的实验验证。
世界是由概率产生的!
概率论建立在集合论和测度论的基础之上。集合论通过定义样本空间和事件集合,为概率论提供了基本的概念框架和逻辑结构,奠定了概率论中事件定义的基础。测度论则为概率的严格定义提供了数学基础。
在测度论中,最小作用量原理可应用于测量方案的设计、数据处理与分析以及模型构建与理论推导等方面;而最短路径问题则可应用于地理信息系统的路径规划、网络分析中的最短路径确定、图像分析与处理以及数据聚类与分类等实际场景。
在虚空中,对于标准模型所涉及的61种基本粒子,需要构建与之相关的多种量子场,这些内容可用标准模型拉格朗日量来表达。
引力的本质是时空的弯曲。有质量的物体能使周围的时空发生弯曲,其他物体在这个弯曲的时空里运动,就表现出好像受到了引力的作用。比如,地球绕着太阳转,就是因为太阳的巨大质量使周围时空弯曲,地球沿着弯曲时空里的测地线(在弯曲空间里的“直线”概念)运动。
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