宇宙大爆炸時的能量有多大?推演出一個令人難以置信的真相
來源:時空通訊
發(fā)布時間:2022-07-15
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有朋友邀請回答一個這樣的問題:宇宙大爆炸10^-43s時溫度10^32K,換算成能量是多少ev?

這個問題看似很高大上,卻包含了1個錯誤:能量與溫度無關,只與質量有關,遵循愛因斯坦的質能方程。能量的單位是焦耳,符號表示為J;ev是電子伏特的表達符號,與能量單位焦耳存在一個換算關系,1J=6.2415*10^18eV。

我在解答這個問題過程中,根據(jù)大爆炸宇宙模型,對宇宙質量進行了一個推測,結果得到一個不可思議的結果,這個結果完全顛覆了我的認知,一直以來我篤定崇信大爆炸宇宙論理論推演出來數(shù)據(jù),現(xiàn)在迷惑起來。

標準模型對宇宙大爆炸在普朗克時間的描述/目前科學界公認的大爆炸宇宙標準模型認為,宇宙是約138億年前,由一個體積無限小、密度無限大、曲率無限大、溫度無限高的奇點爆炸誕生的,這個奇點既然體積無限小,是無法計算其溫度和密度的,由此就是引申出了四個無限。

根據(jù)現(xiàn)代物理學的量子理論,人類認識宇宙只能從普朗克時間開始。宇宙標準模型認為,在大爆炸的普朗克時間,宇宙大小為普朗克尺度,那時的溫度為普朗克溫度,密度也是普朗克密度。有了這樣幾個數(shù)據(jù),我們就能夠大致算出宇宙的質量了。

宇宙大爆炸普朗克時間,是指大爆炸開始后約10^-43秒,也就是1000億億億億億分之一秒;宇宙溫度達到10^32度K,就是約1億億億億K;此時的宇宙密度可能超過每立方厘米10^91公斤。

模型就給了我們這幾組數(shù)據(jù),根據(jù)這幾個數(shù)據(jù)要計算出宇宙質量是不行的,其中時間和溫度與質量都沒有關系,但這時的宇宙體積如果是普朗克尺度,我們就能夠計算出宇宙的體積,由此就能夠計算出宇宙的質量。

普朗克時間的宇宙質量和能量/根據(jù)量子力學開山鼻祖馬克斯·普朗克創(chuàng)建的理論,普朗克長度約為1.6*10^-33厘米。如果普朗克時間的宇宙是一個普朗克長度直徑的球,根據(jù)球體積公式V=(4/3)*π*R^3(V:表示球體的體積,R:表示球體的半徑),我們可以計算出這時宇宙的體積約為2.145^-99立方厘米。

而標準宇宙模型告訴我們,普朗克時間宇宙的密度為每立方厘米約10^91公斤。這個密度比質子密度還要高出78個數(shù)量級,看起來是無法想象的驚人密度。但問題是這時宇宙是極小的,而且小得驚人,只有1立方厘米的2.145^99分之一,也就是2145億億億億億億億億億億億億分之一。

如果按照每立方厘米為10^91公斤計算,這么小的宇宙只有約2.145*10^-8公斤,也就是0.00000002145公斤,也就是21.45微克,根據(jù)愛因斯坦質能轉換公式E=MC^2計算,等效能量為1930500000J,1焦耳約等于6.25*10^18eV,這樣宇宙在普朗克時間的能量就約為1.2*10^28eV。

這個能量有多大呢?如果按照炸藥來計算,就只相當461公斤TNT炸藥的爆炸威力。我很驚異,因為我過去從來沒有計算過宇宙大爆炸時到底有多大能量,簡單直覺的認為密度達到10^91公斤/厘米立方是一個無法想象的密度,因此爆炸能量極大。

但我沒有細思這是宇宙到達1立方厘米時的密度,而大爆炸普朗克時間尺度只有1.145*10^-99立方厘米,如果這時候的密度是每立方厘米為10^91公斤的話,那這么小的宇宙質量就只有21.45微克。

由此引申出來的質量來源問題/這是怎么回事呢?按照大爆炸時間簡史在普朗克時間只有這樣一個質量啊,如果按照標準模型理論推導的結果就是這樣,是我計算錯了嗎,還是這個理論本身推導有問題?

因為現(xiàn)在的宇宙質量是一個十分巨大的數(shù)值,太陽系質量就有約2*10^30公斤,銀河系質量約為太陽的2000億倍,也就是約4*10^41公斤;有人認為可觀測宇宙就達到了10^53公斤。這還只是可見物質,包括恒星、星系、星云塵埃等的質量。

研究認為宇宙可見物質質量只占宇宙總質能的4.9%,其余26.8%為不可見的暗物質,68.3%為不可見的暗能量。如果把暗物質和暗能量都加起來,可觀測宇宙總質能可達2*10^54公斤。

為什么宇宙爆炸初始時的質量和現(xiàn)在的質量有這么大的懸殊,這些多出來的質量是怎么來的呢?只能有兩個解釋:一是宇宙大爆炸理論模型計算的數(shù)據(jù)有誤;二是宇宙大爆炸隨著膨脹,質量會自動產生。

但這似乎與質量守恒和質能守恒定律都是相悖的,是宇宙的錯,還是宇宙模型的錯,還是本人推理的錯?量子力學理論認為,宇宙誕生前,虛無的真空中充滿著量子能量,在隨機的量子漲落中不斷產生出虛粒子對,這些正反粒子對隨時產生又隨時湮滅。

總體上宇宙是對稱守恒的,但如果所有事物永遠是完美的對稱和守恒,就不會有我們世界的誕生。楊振寧和李政道發(fā)現(xiàn)的宇稱不守恒定律,讓科學界揭開了宇宙誕生之謎。正是守恒中出現(xiàn)對稱性破缺,讓湮滅的虛粒子對出現(xiàn)了某個不湮滅現(xiàn)象,由此宇宙奇點出現(xiàn)了。

大爆炸宇宙論認為,宇宙就是從虛無中創(chuàng)生,無中生有,質量就當然也是無中生有了。

粒子物理學家們建立了一個粒子理論模型,為我們理解宇宙中的基本粒子提供了一個框架,這個框架就是所謂標準模型,其中的主要成分之一就是希格斯場,這種無處不在的量子場中有一個基本粒子,就是所謂希格斯玻色子,又稱上帝粒子。

正是這種粒子賦予了其他粒子質量,就像神話中的上帝創(chuàng)造萬物一樣地創(chuàng)造了這個世界。粒子理論模型已經(jīng)不是猜想,所有預言的粒子基本都已經(jīng)在實驗中得到,上帝粒子也于2012年在世界上最大的強子對撞機中被找到。



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