宇宙健康密码：时间和空间咋来的计沙

二、 时间和空间的起源及其归属

二十世纪初爱因斯坦完成广义相对论学说时指出了宇宙有发生膨胀的可能性。 1932年 比利时数学家勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论。他指出整个宇宙最初聚集在原始的原子中后来发生了大爆炸碎片向四面八方散开形成了我们的宇宙。

1948年美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中创立了大爆炸宇宙学模型。根据这个理论计算宇宙诞生于150亿年前。刚刚诞生的宇宙是一个极其微小的世界但它却具有高得异乎寻常的温度和密度。后来温度和密度骤然下降这个硬币大小的宇宙之卵以爆炸的速度猛烈爆炸。并在大爆炸中诞生了各种元素和支配它们运动的力 由此形成了星球和银河进而形成了现在的宇宙。

二十世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中体现。他用量子理论讨论宇宙创生问题时提出了宇宙自足理论。宇宙创生于没有时空概念的虚无境界他对宇宙起源后10—43秒之间的演化作了清晰的阐释。

时间和空间的起源

宇宙大爆炸理论认为时间和空间是有起始点的它是由一个从

“绝对无境界 ”中诞生出来的宇宙卵瞬间爆炸产生的。这一爆炸就炸开了一个三度空间爆炸的过程就形成了时间而且这一爆炸过程到目前仍未能结束。所谓“绝对无境界”就是没有任何物质、没有时间、也没有空间这样的一个原始世界。

爱因斯坦的广义相对论推算出整个宇宙的大小来源于一个点也就是时空的起始原点也叫奇点。广义相对论预言宇宙和时间本身在大爆炸处起始,它还预言时间在黑洞里终结。

由于广义相对论是建立在整个宇宙能量守恒和光速恒定的基础上的宇宙中所有的物质都是由宇宙卵这个原始火球的能量转化而来并且时间和空间也是能量的一种存在形式。并指出时空是相对的,时空由于物质引力场的存在,形成了弯曲。我们在地球上按一条直线行走时 由于地球引力场的作用

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实际上行走的时空是一个弯曲的轨道这些都可以得到理解和证实。

由于能量守恒及光速恒定的问题广义相对论不能预言宇宙卵的能量是如何起源的,不能解释宇宙中存在的奇点和黑洞的本质它只能预言一旦起始后的宇宙及时空如何演化。

由于极早期的宇宙没有物质的存在只有能量场的存在只有时间没有空间 因此广义相对论不适用于对早期宇宙的研究。为了更好地理解早期宇宙的起源霍金等人把研究大尺度时空的广义相对论和研究亚原子微观尺度的量子理论结合了起来。

霍金他们指出在极端的情形下时间可以像 空间中的另一端那样也存在一个起始原点。就像许多泡泡在沸腾的水中形成一样早期微小的宇宙它们的膨胀仍然处于微观尺度并且很容易再次坍缩。 由于不能维持足够长的时间来不及发展出星系和恒星。然而这些小泡泡中的一些会膨胀到一定的尺度到那时就可以安全地逃避坍缩。它们会继续以不断增加的速率膨胀形成我们的宇宙。

霍金的这一理论让我们能把宇宙中所观察到的奇点和黑洞理解为正在发育或又在坍缩的另一个宇宙。

霍金创立的理论认为早期宇宙很可能是稍微不均匀的这意味着有些区域的密度 比其它地方的稍高。 由于这些额外密度的引力吸引作用使这个区域的膨胀减缓而且最终能够使这些区域坍缩形成星系和恒星。

时空的相对性及其归属

传说中国古代有一位渔民正在河中捕鱼忽然岸边来了一位白发老人邀他上岸与他对弈下棋这位渔民就欣然同意了 。

渔民就在河的岸边聚精会神地与神秘老人对弈着结果下成了平局。这时他想到该回家吃饭了家里人一定都等急了。就这样他猛然抬头却发现这位白发老人不知何时不见了消失得无影无踪。他再环顾了四周发现一切都不是过去的样子人们都不认识他他也不认识周围的人们再看看河边的那条船 已经只剩下腐朽不堪的残骸。

这位渔民来到村里打听自己的亲人他的亲人早已不在人世原来时空已经过去了一百多年。不久这位渔民又再次神秘消失。

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一般人的印象就是时间就是时间空间就是空间两者之间风马牛不相及毫无联系。对于地球上的人们来说感觉有无限的过去或无限的将来。但是现在的时间却是稍纵即逝不可逆转。地球人的生命毕竟是有限的所以浪费光阴或珍惜时间往往可以成为地球人生命价值的体现。

爱因斯坦早期也认为时空是平直的光线也是平直的但他后来发现时间和空间具有相对性和统一性时间和空间可以互相转化爱因斯坦将时间和空间统一称呼为时空并且还发现了光速在宇宙中的传播速度是恒定不变的。 1905年爱因斯坦在此基础上创立了早期的相对论。

公元191 6年爱因斯坦又冲上太空站在了银河系的角度来观察事物景象。结果发现“天上一天地上千年”这样的民间俗语,竟然是对宇宙中时空相对性的真实内容的表达。太阳上的一天相当于地球上的一年银河系中银核的一天相当于地球上的亿万天。也就是说地球上一年的故事太阳的一天就能看到银核的一瞬间就能知晓地球上多少亿年的历史。空间层次越高时间过得就越缓慢。

从物理学的角度讲这时的爱因斯坦发现了时空不光是相对的可以相互转化的而且还发现时空是可以弯曲的时空只有处于弯曲状态时太阳上的一天才能知晓地球一年里的故事。如果有人在地球上的某一点出发沿着一条直线继续不停地行走结果他又有可能回到他原来的起始点这就体现出了地球时空的弯曲性。

为什么时空是弯曲的而不是平直的呢爱因斯坦找到了答案。他发现具有一定质量的天体它们都具有自己的引力和斥力场也就是自己的势力范围这样就形成了自己的空间场也就是我们通常所指的空间。

由于这些天体在做自转和公转运动时会产生自己的能量波对外释放这样就形成了自己的时间场也就是我们通常所指的时间。 由于每个天体所拥有的时间和空间与这个天体本身的质量和外形密切相关这就导致了每个天体时空轨道的弯曲。

由于天体的质量越大它的引力和斥力作用就越强 因而它拥有的空间势力范围就越大空间层次就越高 由于天体的质量越大它的自转和公转运动速度就越慢产生的能量波对外释放的速度也就越慢这样它所拥有的时

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间场的运行也就越慢 “天上一天地上千年”就这样产生。

所有的天体都拥有自己的时空轨道时空的弯曲程度与这些星体的万有引力、惯性力 以及这些星体的质量和外形相关。 由此爱因斯坦在原有的相对论基础上又建立起了广义相对论数学模型。

根据爱因斯坦的相对论可以推断出宇宙起始之后的总体能量是守恒的并且质量是由能量转化而来。宇宙中不存在有纯真空的时空时空本身就是一种能量场只有物质的存在才有时空的存在。天体的质量大小和一定的分布状况造成宇宙时空的分布不均。

宇宙中任何物质的运动速度都不能超过光速 当一个物体运动速度接近光速的时候物体自己所能拥有的时间较静止时变慢物体的质量会较静止时增加。物体运动速度等于光速时时间会凝固超过光速时历史就有可能出现逆转而重演。

霍金等宇宙学家们认为在绝对无境界里不光只是诞生我们这样一个宇宙如果站在宇宙个体之上去看问题就会发现绝对无境界里每时都有新的宇宙诞生每时又都有老的宇宙灭亡。并且诞生的宇宙还呈现多样化至少有反物质的宇宙存在。所谓反物质宇宙就是由电子带正电、质子带负电的物质所构成的宇宙。我们的宇宙是电子带负电、质子带正电称之为正物 质的宇宙。

由于诞生宇宙的原始世界是一个绝对无的境界 因而宇宙个体可以理解为是一个完全封闭的系统 同时又可以理解为是一个完全开放的系统。所以霍金等宇宙学家们认为多个宇宙的诞生和消亡可以出现迭加状态。 目前太空中所观察到的奇点、黑洞等天文现象宇宙学家们认为可能是正在孕育中的宇宙或者是已经坍塌了的宇宙。

宇宙学家们说尤其是我们的宇宙在膨胀过程中如果遭遇到了反物质宇宙的迭加时就有可能导致我们这个宇宙迅速塌缩。宇宙的所有物质又被返回聚集在一起空间场首先消失而出现超高密度的宇宙塌缩尸体。这个超高密度的宇宙尸体就是我们理解的黑洞它具有超强的吸引力。这样就印证了广义相对论的预言宇宙和时间本身都在大爆炸处起始时间最后在黑洞里终结。

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由于每个天体星系的总体能量是恒定的每个天体星系所拥有的时间和空间都是该天体的能量存在形式和组成部分时间又是该天体自转或公转所形成的能量波对外释放的过程。因此时间运作越快的天体能量释放的也就越快能量又是天体质量转化而来 因而天体的质量也就越来越小。这样一来由天体质量的引力和斥力所形成的空间势力范围也就越来越小。所以对于整个宇宙来说最后同样也是空间场首先消失时间最后在黑洞里终结。

黑洞里正在演化着质量转变为纯能量的过程霍金用量子理论也证实了现有的黑洞在进一步缩小的现象。这个宇宙残骸最后是要还原成宇宙的起始奇点退回到绝对无的境界这时另外一个宇宙又在爆炸中诞生。

宇宙卵来源于一个绝对无的境界发生了卵裂和爆炸后首先形成了时间后来演化出各类天体星系及它们自己的时间和空间。随着宇宙的老龄化最终整个宇宙各类天体星系的空间又都将出现塌缩形成黑洞时间最后在黑洞里终结。 了解时间和空间的起源及其归属对我们感悟人生的真谛又有什么用呢生命的轮回和命运的轨迹与时间和空间的起源及其归属难道还有什么联系吗

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