既然宇宙來源於138億年前的奇點,為何這個奇點到現在還找不到?

我們在日常生活中,經常會發現一些圍繞著中心點展開的現象,比如往水中扔一個物體,以物體和水面接觸點中心,向四周會發散出水波;吹一個氣球,氣球的表面就會以氣球的中心為起點,向外逐漸膨脹;點燃一根爆竹,這個爆竹會在放置點向四外崩散,等等。而目前關於宇宙起源的主流觀點-宇宙大爆炸理論,認為宇宙的起源是來源一個點,那就是奇點,隨著奇點的爆炸,時間和空間就此產生,所有物質和能量就此形成,那麼我們根據現有的觀測結果,為何找不到這個奇點的存在呢?

既然宇宙來源於138億年前的奇點,為何這個奇點到現在還找不到?

在科學家們發現宇宙膨脹的現象之前,人們普遍認為宇宙是處於“靜止”狀態的,這個靜止並非是指宇宙處於完全不動,而是一個無限、各向同性、物質分佈均勻的狀態。就連愛因斯坦都認為宇宙都是靜止的,這種靜止的特性不會因為時間的改變而發生變化,在他提出廣義相對論以後,由於萬有引力的原因,使得宇宙中所有物質之間都有因引力而相互聚集的趨勢,為了維持宇宙靜止的狀態,他在廣義相對論的引力場方程中,引入了一個常量,用於修正這種萬有引力對靜止宇宙的影響,也就是提供了一個可以與引力相平衡的“排斥量”,這就是宇宙常數,從而透過這個宇宙常數,愛因斯坦確立了關於宇宙靜止、均勻各向同性和有界無邊的模型。

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到了上世紀初,很多天文學家在對遙遠星系進行觀測時,發現了非常特殊的一種現象,那就是觀測到的目標星系在光譜上都有紅移的現象,透過多普勒效應來解釋的話,那就是目標星系正在遠離我們,因為當光源在無離觀測者時,會出現光線頻率降低、光譜向著長波方向進行移動的情況,表現出光譜向著紅端移動。

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到了上世紀20年代末,美國天文學家哈勃透過大量的觀測研究,總結出了一條目標星系的紅移規律,即紅移量與它們距離地球的量之間存在著正比關係,這就是著名的哈勃定律,而星系的紅移數值又與星系遠離觀測者的速度正相關,因此哈勃定律被表達為V=H*D,其中V為目標星系的退行速度,H為哈勃常數,D為目標星系與地球的距離。這個定律從某種意義上,證實了宇宙正在膨脹的事實。

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因此,如果要計算目標星系的退行速度,那麼就必須明確兩個數值,即哈勃常數、目標星系與地球的距離,而目標星系和地球的距離可以應用造父變星測距法等方式獲得,因此哈勃常數的精確性就至關重要。100多年來,許多科學家就此一直在持續進行著研究和修正,2013年時歐洲航天局利用普朗克衛星,測得了哈勃常數值為67。80±0。77(km/s)/Mpc,其中Mpc代表百萬秒差距,約為326萬光年,這個常數代表的含義就是距離地球326萬光年的區域,其星系相對於地球的退行速度約為67。8公里每秒。

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科學家們根據宇宙膨脹的結論,利用倒推追溯的方式,認為既然宇宙正在膨脹,那麼在之前的某個時間點上,勢必存在著一個膨脹的起點,現在的宇宙所有物質,都來源於那個起點,於是推測出來宇宙來源於138億年的奇點大爆發假說。那麼,為何我們現在可觀測宇宙的範圍都達到了半徑465億光年,也無法找到原來的奇點在哪裡呢?我想,這裡面主要有幾個因素。

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第一,奇點的性質決定。科學家們推測,這個奇點是體積無限小、質量無限大、溫度非常高的一個特殊狀態,這裡沒有時間、沒有空間,也沒有維度,也就是說除了奇點,根本沒有其它東西(是不是很難理解,很正常,因為按照奇點的理論,在大爆炸之前根本沒有宇宙的概念),所有的方向都指向這個點,時間也是停滯的,因此這個奇點從某種意義上來說,就代表著宇宙,即使發生了大爆炸,也只是物質和能量的轉換而已。

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第二,奇點的無法現實追溯性。因為在奇點大爆炸之前,奇點之外是沒有任何意義的,而在宇宙膨脹的現在階段,也只能理論上透過膨脹的邊緣進行追溯,由於邊緣的膨脹速度已經遠遠超過了光速,只能沿著時間線超光速“回追”,方可一睹奇點的風采,只可惜,我們一來沒有辦法找到宇宙膨脹的邊緣,二來我們無法實現超光速。而且話說回來,即使我們回追到奇點,在奇點之外根本不存在任何時間和空間,它相對於我們現在的宇宙狀態、相對於地球的位置也就沒有絲毫的意義了。

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第三,我們探測宇宙的範圍非常有限。雖然我們目前能夠探測的可觀測宇宙範圍半徑達465億光年,這個範圍看上去非常之大,但是基於哈勃定律,目標星系的退行速度與距離正相關,這也意味著相對於地球來說,與地球相隔一定距離之後,星系的退行速度就會超過光速,在這個限值之外,即使最快的光線都無法趕上膨脹的速度,因此我們可能永遠無法探知這個限值以外的宇宙。而根據目前關於整體宇宙的空間曲率的測算,整個宇宙的大小可能在幾十萬億光年,顯然我們的可觀測宇宙範圍實在是太小太小。

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