有人提出了这样一个问题:据说宇宙大爆炸前没有时间没有空间,但是否存在引力呢?这个问题很有意思,我们一起来讨论一下。
四种基本作用力是相互作用的,万有引力也是如此。如果没有相互作用当然就没有引力,从这个意义上来说,宇宙大爆炸前是没有引力的。但如果说宇宙奇点出现后,大爆炸之前,奇点是有无限时空曲率的,如果把这个作为引力的话,就可以认为大爆炸前存在引力。
量子随机涨落不平衡出现了奇点。现代量子力学认为,宇宙大爆炸前处于量子真空状态,这个量子真空中充满了 海森堡不确定性原理相符的量子涨落,宇宙就是在这种量子涨落的背景中出现,表现为一个体积无限小、密度无限大、温度无限高、时空曲率无限大的奇点,这个奇点发生爆炸,也可以理解为急速的膨胀,才出现了宇宙。
何谓时空曲率?就是时空扭曲的量度。爱因斯坦相对论认为,引力是时空扭曲导致的现象。既然宇宙大爆炸前有一个奇点,而这个奇点又有无限曲率,如果从这个角度来说,宇宙在出现前,引力就表现出来了。
但时空通讯认为,这种表现是没有对象的,也就是说没有相互作用对象的,因为那时候既没有空间,也没有时间,更没有物质,无限的时空曲率只是局限于这个奇点的表面和内部。
按照我们宇宙的定义来看,大爆炸以前,可视为没有引力出现。
这样,我们可以认为,引力是随着宇宙出现才出现的。大爆炸宇宙模型有一个大爆炸时间表,也可以说是时间简史。宇宙起源于138亿年前奇点的爆发,我们可以理解为一个无限小的奇点在某一天突然爆发了,也可以理解为某一天这个奇点突然膨胀了,迅速膨胀得越来越大,现在我们还是在这个奇点的膜上,因此奇点的无限曲率还存在,人类永远也无法突破奇点的边界。
随着奇点爆发,宇宙出现了,时空物质同时出现了,而四种基本力中也包括在其中。引力是我们宇宙四种基本力之一,也是最早出现的一种力。从这句话,大家就应该知道里面包含了这样几层含义:引力是“我们宇宙”的一种力,也就是说在没有宇宙之前,不可能存在这种力;引力是最早分离出来的一种基本力,这就说明宇宙出现后,最先出现的是引力。
宇宙大爆炸开始时,四种基本力是混合在一起的,分不出什么力,但引力是最早脱颖而出的。最早在什么时候发生的呢?就是普朗克时间。
普朗克尺度是人类能够认识的最小尺度。伟大的物理学家,量子力学的开创人马克斯·普朗克,天才的发现创造了一个神奇的自然常数,叫普朗克常数,成为现代科学中最重要的一个物理常数,描述的是量子的大小。
这个常数用“h”表示,用焦耳(J)为能量单位表述为h=6.62607015×10^-34 J·s(焦/秒),或者用电子伏特为单位(eV)表示为h=6.62607015×10^-34/1.602176634×10^-19eV·s=4.1356676969×10^-15 eV·s(电子伏特/秒)。
这是普朗克基于发现能量的发射是一份一份进行的,这一份最小的能量就叫量子。根据普朗克常数,得出了普朗克尺度和普朗克时间。普朗克尺度约1.6x10^-35m,普朗克时间为10^-43s,普朗克温度为10^32K。就是说,在宇宙大爆炸开始后的1000亿亿亿亿亿分之一秒,宇宙尺度只有1600亿亿亿亿分之一米这么大时,温度为1亿亿亿亿K,引力就从四种基本力中分离出来了,而其他的三种基本力还处于合在一起的状态。
其他三种基本力出现的时间。大爆炸发生后的10^-35s,也就是1000亿亿亿亿分之一秒时,温度降到1000亿亿亿K,强相互作用力分离出来,电磁作用力和弱相互作用力还合在一起;大爆炸后10^-12s时,温度降到了10^15K,也就是10000亿分之一秒时,温度降为1000万亿度,电磁作用力和弱相互作用力分离出来。
至此,世界上四种基本力就全部出来了。
别看这些力分离出来时间是有先后的,是一步一步的,但都在电光火石一瞬都无法形容的瞬间,也就是爆炸从0秒到万亿分之一秒之间,量子世界就发生了这么多惊天动地的事件。
在四种作用力的分工合作下,宇宙渐渐成了现在的样子。
万有引力的根源。早在300多年前,牛顿就发现了万有引力定律,再过了100多年,卡文迪许通过扭秤实验,得到了万有引力常量G,从此万有引力这个自然规律成为人类认识世界的最重要工具。万有引力定律表述为:F=GMm/r^2
这里面,F表示引力大小值;G为引力常量,约为6.67x10^-11·N/kg^2;M和m为相互作用物体质量;r为相互作用物体质心之间的距离。
从这个公式,我们可以看出引力大小是与物体质量成正比的,与物体之间距离平方成反比的。因此,质量才是引力的根源。爱因斯坦广义相对论揭示了万有引力的本质,他认为不管物体质量大小,都会对周边时空造成扰动,也就是会导致时空弯曲或陷阱、漩涡,表现出来的就是引力。
这就说明引力本质是物质对时空的扰动。由此可以认为,宇宙奇点的无限曲率是质量的表现,但并非属于我们的宇宙,也并非现有理论认识范围;我们认识的四种基本力,其中包括引力,都是在宇宙出现后出现的。
就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。
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