如果宇宙能量是守恒的,那么宇宙大爆炸又是怎么来的。不矛盾吗?

晴佛


宇宙能量守恒跟热大爆炸状态的诞生其实并不矛盾,这中间的过程能量也是守恒的,而矛盾的是重子数、轻子数的守恒才跟宇宙大爆炸矛盾,下面我们就说下这个问题。

宇宙的本质是能量的守恒

早些时候,人们认为物质是宇宙的基本本质,也就是说宇宙存在基本的物质(质量)守恒定律,因为人们当时发现物质在所有物理机械过程中,不管是把一个物体捶打成什么形状,它的质量不会发生任何改变,而且后来在人们掌握了化学反应以后也发现,参与化学反应的物质不管是吸热反应还是放热反应,最后和生成物之间的质量也是守恒的,因此就提出了物质/质量守恒定律。

时间到了20世纪最初的几年,人们确凿的相信时间所有的物质都是由原子组成的,而每一个原子还包括带正电较重的原子核和绕原子核运行的电子组成,在原子核中质子的数量就决定了原子的种类,以及它的物理、化学性质。于是我们就根据不同原子的原子数和性质列出了一个具有周期性规律的表格,即元素周期表。

但是人们发现,一些比较重的元素还具备一种很特殊的性质,即放射性。这些元素无需外界的干扰就可以发自的变成更轻的元素,即衰变。在重元素衰变的过程中会释放出α粒子(氦原子核)和β粒子(电子),如果转变后成为的元素还具有放射性就会一直衰变到更轻、更稳定的元素。理论上,所有比铅(82号)更重的元素都会在漫长的过程中衰变为铅或者比铅还轻的元素。

但在这个过程中人们发现了一个怪异的现象,放射性元素衰变后生成的新元素和释放的粒子质量总和都比之前的元素要轻,这说明我们之前认为的物质/质量守恒存在瑕疵。1905年爱因斯坦就解决了这个问题,它认为衰变后的部分质量以能量的形式消散掉了,这就是著名的质能方程所说的能量和质量是等价的,物质不管是经过化学反应还是核反应所释放的能量都来自反应物所损失的质量,之所以我们以前认为化学反应的质量是守恒的是因为,这种反应释放的能量十分微小,也就是损失的质量很难被测量出来。因此宇宙的基本守恒定律为能量守恒,而非物质/质量守恒。

既然物质不守恒,那么这就为我们提出了一个新的问题,宇宙中的物质是怎么来的?

这就要说到宇宙起源的问题了。我们经常会说,宇宙诞生于热到爆炸,其实这句话现在说来是错误的,因为它忽略了一个关键的过程,那就是大爆炸早期阶段炽热、稠密,充满物质和辐射的热膨胀状态是怎么来的?也就是说是什么创造了大爆炸以及大爆炸时期的物质。

这个问题大爆炸理论并没有给出我们答案,但在1980年美国物理学家阿伦·古斯为大爆炸的诞生提出了一个可行的理论,相信你也听过就是宇宙暴涨理论。这个理论说的是,宇宙并非直接起源于热大爆炸,而是在这之前还有一个暴涨的阶段。这是的宇宙不存在任何物质和辐射粒子,在真空中只存在巨大的真空能量,也就是宇宙最本质的能量来源。真空能量是空间具有的基本属性,也就是说只要有空间存在它就会存在量子波动,在短时间内产生两个正反虚粒子对,然后在极短的时间内两个正反粒子对会湮灭,将能量归还给宇宙。

这就是宇宙能量的最初来源,但如果你刨根揭底的问,最初的空间或真空能量是怎么来的,目前的科学无法解答这样的问题,因为我们无法追溯到宇宙的起点,也就是说在最初的时刻一切已知的物理学都会失去作用,完美没有意义。而且我们所知的时间也不是从0开始的,而是有一个最短的普朗克时间,即10^-43s,这个时间很小,但也是大于0的,我们不知道在0s宇宙发生了什么,不知道这团真空能量是怎么来的。但这不妨碍我们回到下面的问题。

宇宙中的物质是怎么来的?真空能量在诞生宇宙是有没有不守恒?

宇宙暴涨时期,空间中存在的真空能量也导致了空间呈指数级扩张,并在10^-36秒结束(这个时间不确定),总的来说在很短的时间内空间就被拉扯到了巨大的范围,而量子波动也被延申到了整个宇宙中!在暴涨结束后,空间中的少量的虚粒子对就衰变到了物质中,也就是说这些虚正反粒子对转变成了实粒子,这个过程称为宇宙再加热阶段。

但大部分的真空能量还是被封存在了空间中,也就是目前我们所说的暗能量。正是一小部分真空能量产生了我们宇宙中过的物质,这过程能量也是守恒的。并没有无缘无故的消失。

那么问题是,为什么我说,重子数、轻子数的守恒才跟宇宙大爆炸矛盾!你看,宇宙一开始不存在任何物质和反物质,真空能量衰变后创造了这些正反粒子,但是这些正反粒子还是会互相湮灭把能量又归还给宇宙,而能量又会创生出新的正反粒子。这样循环下去话的,宇宙根本就不会存在任何物质粒子。也就是说,重子数(中子和质子)和轻子数(电子)永远都是0。

但是现实的宇宙中充满了各种物质,这些物质都有有重子和轻子组成的,而且根据标准模型的预测,质子和电子是不会衰变的,也就是它们永远都是守恒的。(有些理论预测质子会衰变,但实验被没有发现),也就是说宇宙一开始肯定存在某种打破重子数为0的过程,创造了当今的物质宇宙。这个问题听起来是不是很熟悉,这其实就是正反物质不守恒的问题,也是反物质消失之谜。是当今宇宙学最大的谜题。

所以,只要存在最初的、诞生宇宙的真空能量,在到后来的大爆炸,甚至到当今的宇宙,任何变化过程都遵循着能量的守恒。也就是如果现在让宇宙重新塌缩,转变回最初的能量状态,其所包含的能量跟138亿年前的宇宙是一样的,

但是最初的真空能量为何会在暴涨结束后,转变为实粒子,也就是为何会创生出正反物质对,而正反物质为何又不守恒,打破了宇宙0重子的过程,才是真正的矛盾之处。


量子科学论


奇点,也就是科学家所说的宇宙最初的状态,这是一种怎样的状态呢?

奇点之外是不存在空间的,奇点之内可能温度极高,质量极大,能量极大,空间曲率极大。

现在我们可以确定奇点有无限的空间曲率,我们推测奇点之内也是有结构的,所以有人认为这是一种超空间结构,这个结构不能用空间思维描述。那么,宇宙大爆炸的过程也就是空间形成过程。

奇点时期可能具有极高的温度。当代科学无法分析奇点内部极大质量的物质在这种极高温度下是怎样构成无体积相对稳定态的,这种无体积相对稳定态也曾经被科学家说成是纯能量体,但如果这是极高温形成的纯物质超空间状态又有何不可?

我们说奇点之外连真空都没有,那么奇点之外是什么?或者说现在宇宙的边缘之外是什么?我认为宇宙之外是不参与物质能量循环的,也就是不与我们所在的这个宇宙进行物质和能量交换,也不能和我们所在的宇宙相连接。

按照大爆炸理论,宇宙大爆炸之初,密度无限大,在最开始一秒的时间里先形成了各种作用的力,然后逐渐形成了和今天一样的物质构成微粒,并且拥有了空间……看起来我们所在的这个宇宙是大爆炸后极短的时间定型的,显然不可能,极有可能的是宇宙还是奇点的时候 ,奇点内部超空间的物质能量分布状态就已经定型了未来的空间状态。

宇宙大爆炸50亿年之后,宇宙的能量主体从暗物质转变成了暗能量,同时宇宙加速膨胀。推断宇宙空间可能需要暗能量来维持。那么能量可以主宰空间形态得到了验证,换句话说质点时期的超空间形态也是由当时的能量状态决定的。

我们当前的科学水平难以宇宙之初的面纱,但是我们可以确定,能量的形式与分布形态的变化决定各种空间状态的形成与改变。在宇宙中,不但物质可以看做能量,同样各种空间状态也可以看做能量。能量一方面维系物质的运动,一方面维系空间的形态。

能量守恒,宇宙的形态变化永无止境。


无证宗师


宇宙大爆炸只是人类的猜测而已,而宇宙的形成原因,以及来源也是非常让人难以捉摸的。

因为宇宙的年龄,他是人类所无法捉摸的,他无法来确定到底是多少年,到底是几百亿几千亿年?

因为宇宙实在是太大了,人类处在的地球连冰山一角都没有。所以说人类根本没有办法完全的了解宇宙。

人类根据宇宙的运动方式来确定之前发生过大爆炸,因为宇宙中所有的星系都在逐渐扩散,逐渐远离。一直没有停止,所以说宇宙语星系逐渐的变得稀薄,这便可以推测是远古大爆炸,早知休息不断地远离。但宇宙一开始没有爆炸的时候,这些物质是怎么来的呢?到目前为止这仍然是一个未解之谜。





太阳升1240


宇宙大爆炸只是一种猜想,科学的发展往往在猜想中前进,多一种猜想就有多一种思路。如果宇宙能量(物质)应该是守恒的(能量本质上只是物质的一种属性) ,很明显宇宙大爆炸是不成立的。

也许宇宙可能就是一个生态,一个反反复复周而复始的宇宙生态。就像一条鱼,从小鱼开始吃进食物,经过消化、吸收、排泄在地球生物圈内不断进行物质循环,然后渐渐长大,最终走向死亡。然后又有新的小鱼产生,小鱼又成长最终死亡,这样反反复复周而复始在地球生物圈内进行物质交流和物质循环运动。这只是局部的物质产生运动变化,相对整个地球生物圈来说物质的总量是守恒的没有改变。

宇宙生态圈也和地球生态圈相似。如地球原来就没有,由于宇宙尘埃的聚集成了小地球,经过一段时间再聚集再吸收地球也渐渐长大,成了现在大地球,地球还可能继续成长,最终走向灭亡又成了宇宙尘埃。也有可能被太阳吸收成了太阳的一部分,太阳也继续成长最终还是走向灭亡变成宇了宙尘埃。宇宙尘埃再聚集吸收又形成了新的天体,这样反反复复周而复始在宇宙空间运动变化,虽然这在宇宙某部分空间物质能量产生变化,但是整个宇宙空间总的物质能量是守恒的没有改变……


悟空—悟道


那我们来考虑一下

当绳子提供拉力时候

宏观上是没有做功的

但你想为什么绳子没有被拉断?

那你可能说绳子很结实

在微观上绳子内的分子力提供了拉力

还有绳子内分子的结构

使得绳子很结实

这样无数的分子宏观上就表现出来拉力了

但是人多手臂内并不是分子

而是细胞

人拉着东西会让细胞加快新陈代谢~缺氧确ATP功能不足等~

所以时间长了

就会感到累的

能量有正有负,正负相互湮灭有归于无,或许虚空中一刻不停的在产生正负能量又相互湮灭,曾看过一个说法不可能有真正的真空,大概就是空间在不停的演变吧,无中生有,既然正负可合并为无,为什么不能无中生有。

能量不会凭空产生,那么宇宙大爆炸时的能量哪里来的啊,如果前一个宇宙来的,黑洞里来的,那么前一个宇宙黑洞里的能量哪里来的啊,难道是凭空产生的,什么都没有怎么凭空产生?难道是一直都存在的?要是一直都存在的,那总要有个地方产生能量的吧?


创汇社区便民服务中心


一点也不矛盾。

因为人类只能管到有宇宙以后的事情。

在我们认知的宇宙,能量是守恒的,迄今并没有发现不守恒的状态出现。

现在人类发现的所有科学理论也只能管到宇宙出生那一刻以后,具体点说,就是最多能够管到普朗克时间和普朗克尺度的事情,在这个尺度以下,所有的理论就没有了意义。

何谓普朗克时间和尺度?

普朗克时间是人类能够认识的最短时间。就是宇宙大爆炸“砰”的一下,这“一下”还没开始的10^-43秒,也就是一千亿亿亿亿亿分之一秒开始,人类的理论有可能在未来能够说清楚这个时间段的事情。

普朗克尺度是人类能够认识的最短尺度。普朗克尺度为10^-35m,也就是1千亿亿亿亿分之一米。宇宙在这么小的时候开始被人类认识,而更小之前就无法企及。

宇宙奇点被认为是零点,也就是从零开始的,普朗克时间和尺度虽然很小很小,但肯定是大于零的,因此人类无法追溯到宇宙大爆炸普朗克时间尺度之前的事物。

准确的说法是,时间短于普朗克时间和尺度的事物,已知的物理学定律,包括狭义相对论论和广义相对论都会失效,而且没有意义。

但量子理论为这个已被堵死的胡同开凿了一个小孔,使人们看到一线曙光。

量子理论的设想是,物质在向奇点的坍缩过程中,受到量子过程影响,有可能“反弹”“向外”膨胀到另一组维度中去了。

这个“另一组维度”,就已经不是我们所认知的世界了。

黑洞就是这样一种演化,物质在黑洞无限曲率作用下,无限的向零点坍缩,时空在奇点处消失,时空没有了,我们认知的一切都没有了。

黑洞中心就是一个奇点,这个奇点体积无限小,曲率无限大,密度无限高,温度无限大。

量子力学认为,那里只留下了一个量子泡沫,一个随时会出现任何可能的量子泡沫。

而宇宙奇点就是这种镜像的反弹,时空能量从另一组纬度爆发到我们的世界。

就是从超时空的量子泡沫中爆发,在爆发的那一刻开始,时空开始出现。

人类属于奇点爆发出来这个世界的产物,只能够认知这个世界从普朗克时间和普朗克尺度以后的事情。

从这个意义上来讲,能量依然是守恒的,只不过是两个不同维度世界的交换平衡而已。

能量守恒是我们世界能够测量的理论,而在两个维度的世界迄今没有一个完整的理论来定量。

何为量子泡沫?

在量子力学,有量子泡沫、真空零点能、量子涨落等概念,这些概念密切联系大同小异。

量子泡沫又叫“时空泡沫”,是美国物理学家、物理学思想家约翰·阿奇博尔德·惠勒,1955年根据量子力学提出的概念,人们把它称为“惠勒泡沫”。

量子泡沫被认为是宇宙诞生前的概念化,量子泡沫随机出现,又随机消失。

这种随机性又可以描述为充满着不确定性的量子涨落。

这些量子涨落蕴含在真空中,被称为“真空零点能”。

量子理论认为,真空并不意味着一无所有,所谓量子泡沫正是蕴含在真空中,是由正电子和负电子旋转波包组成的系统,里面蕴含着巨大能量。

这种零点能即便在绝对零度也充满了活性。

伟大的物理学家、量子力学奠基人之一的狄拉克将这种真空能描述为起伏不定的能量之海,惠勒估算出真空能量密度可达到10^13J/cm³。

这种真空零点能中的随机量子涨落,表现方式是不断涌现出虚粒子对,它们随机短暂出现,又相互湮灭。但在无数次的成对湮灭中,偶尔发生没有湮灭的粒子,奇点就出现了。

奇点就是这样产生的,是从超时空的维度方向膨胀到了我们世界,从此创造了时空。

有一种宇宙归宿说法,就是宇宙最终又坍缩成一个奇点,从何处来又回到何处去,总体上来说,就是守恒,时空物质能量的总守恒。


时空通讯


1,宇宙是奇点大爆炸所行成的,只是一个假设。

2,如果宇宙大爆炸假设成立,也不影响能量守恒的定义,因为大爆炸之前还未行成宇宙,也可以说,奇点大爆炸之前,所有的物理规则都不适用于大爆炸后行成的宇宙,也与宇宙无关。就如宇宙膨胀速度远远超过光速一样,这现象不属于本宇宙的物理规则之内。


首席草根评论员


我对宇宙的理解和大家伙说的不太一样。一群出生不过一万年的人类。出说成千上亿年前的故事。是不是瞎说。万事万物的存在,都是物级必反。就象古语说的。分久必合。合久必分。反反复复。大到宇宙,小到星球。到到万事万物。都有生老病死。至于宇宙是怎样来的。说是奇点大爆炸出来的。那么奇点是怎么来的。没人没有科学家来说了。大爆炸也是假想的。到底是什么。我来说一下。我也不知道。


崔一营


能量守恒定律千真万确,这是亘古不变的真理。宇宙大爆炸理论就是某些人臆想出来的,更有甚者说宇宙大爆炸源于一个密度无限大体积无限小,比原子还要小的一个奇点,纯属无稽之谈,严重缺乏科学性。大道至简,宇宙轮回遵循自然界合久必分、分久必合的基本原理。就是膨胀到极限开始收缩,收缩到极限再膨胀,周而复始生生不息。膨胀幅度达到上千、上万亿光年远,收缩成一个压缩率极高的球形区域,大小应该不小于银河系,甚至达到本星期团的大小,不可能像有些“砖家”大神能说的,小于一个原子。像一个鸡蛋,一个篮球那样大小都是不可能的,因为宇宙间的物质太多了,物质世界没有那么高的压缩率。


猎户一等星


我也来说两句,我的观点和大家一样,也不相信宇宙是大爆炸形成的,宇宙我几万亿年形容都不够,应该说自古就存在的,咱们抛开宇宙能量守恒这个说,什么样的能量大爆炸,都超出神学了,就算真的有神存在,大爆炸也能毁灭,因为宇宙大的无法想象,就拿原子弹的威力来说,几千万颗像地球这么大的原子弹都不够用,是地球这么大的原子弹的能量,还是几千万颗,这样的能力都不足以,到底什么样的大爆炸呢,我看过一短视频,介绍现在人类根据科学探索的极限加推理,遐想的手段,以知道的宇宙,就已经没边际了,大家都知道,地球只是银河系中,几十万几百万星体的其中一个,可银河系也是另一个系里的几百万几千万中的一个,而另一个系,还是另一个系中几亿个中的其中之一,都叫什么系我忘了,光这几个系,等到超光速飞行器要出来,用上,飞出去也需要几亿光年,下面一个小伙说的,用人类才万吧年去探索处在亿万年的存在,可能吗,所以人类是不可能探索出来,还有头两年说什么宇宙之外,宇宙之内,都要走亿万光年,还的说用超出光速飞行器,所以不管用守恒定律还是遐想推理,宇宙都不可能是大爆炸形成的,我更相信达尔文的进化论,也就是说宇宙自古就存在,存在多少年不确定,地球什么个行星都早存在,不过随着时间,宇宙内部的变化,不定什么时候就产生了现在的地球,地球处在那么多年,慢慢的进化人类,进化是需要时间的,所以才有了人类,在一个,相信宇宙大爆炸不如相信神学,说盘古开天辟地,创造了地球,也比大爆炸,蹦出的地球可信,


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