长期以来,科学界最大的问题之一就是搞清楚宇宙是如何形成的。很多科学家认为这和BIGBANG有很大关系,万事开头难,非常非常热。然后突然,BIGBANG发生了。10秒到负35次方后,一个未知物体引发宇宙膨胀,宇宙迅速膨胀。然后温度下降,最后我们今天所知的宇宙充满了质量、能量和光。
整个过程的细节很难理解。事实上,我们仍然不知道宇宙膨胀之前发生了什么。在最初的万亿分之一秒(甚至更短),是我们知道物理学无法解释的一段宇宙历史。这一小段时间称为普朗克时间,从“时间起点”延伸到10减43次方秒。
马克斯·普朗克提出能量以微小的能量单位即量子的形式存在,他开始了量子力学的研究,即微观粒子的研究。但是要弄清楚普朗克时期发生了什么真的很棘手,因为我们对物理学在如此短的时间内是如何工作的了解还不够。
我们所知道的是,根据普遍接受的模型,就在BIGBANG发生之后,宇宙是热的、稠密的,所以宇宙中所有的力在同一个事件中被挤压在一起。也就是说,我们今天所理解的物理学中的四种基本力,使亚原子粒子正常工作的电磁力、强核力和弱核力,以及引力都是一样的东西。然后,当宇宙的温度开始下降时,它们分离形成不同的力,有了各自独特的作用。
但我们只知道这些,因为我们不能用一个方程组同时描述四种基本力。为什么不可以?
事实上,我们有两个很好的模型来理解宇宙是如何工作的。量子力学用于描述微观粒子,如亚原子粒子和组成它们的粒子,广义相对论用于描述快速运动的宏观物体,并解释引力是如何工作的。
曾经生活在这个星球上的几代最聪明的人想出了这两个模型,但是因为使用的数学不同,所以不兼容。所以物理学中的普朗克周期,也就是所有力合起来的时候,没有数学意义。
比如量子力学,一切都是基于概率统计的。你不会说一个电子在某个特定的点上,而是说它在某个特定的点上有特定的概率,或者它可能在别的地方。另一方面,在广义相对论中,引力的描述不是概率性的。你可以用具体的数据来解释重力是如何改变周围的宇宙的。
但在普朗克时期,各种力量交织在一起。为了理解这个特殊时期,物理学家必须用概率论来计算引力的作用,并试图用绝对具体的数字来描述量子力学。这是完全不可能的,因为我们用来描述这些力的方程遵循不同的规则。让这些矛盾的规则相互配合,简直就是物理学的圣杯。斯蒂芬·霍金和无数其他物理学家已经探索了几十年,人们可以使用同一个。
但直到现在也没有这样的理论。因此,科学家们在宇宙的大部分历史问题中已经掌握了宇宙是如何形成的。虽然我们还在研究一些细节,但是开始的时刻还是一个谜,这个谜的揭开会改变我们研究宇宙的方式!
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