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| 2008/08/28 06:06:24瀏覽7386｜回應15｜推薦26 | |
「大霹靂」是目前關於宇宙緣起最有力、證據最多、最符合觀測結果的理論。哈伯早在 1929 年就觀測到遠處的星系、銀河，都在離我們飛馳而去，而且越遠的飛離速度越快。此現象被解釋為：在遙遠的過去，這些星系、銀河必然曾經和我們的銀河系都在一起。比利時裔的拉美提在 1931 年提出「初始原子」論，是為大霹靂論的前身。愛因斯坦的廣義相對論則為此提供完備的理論基礎，雖然他本人是個「定態宇宙」論者，並不相信我們的宇宙可以從一個原始間小到根本就是零的「奇點」爆炸開來，然後膨脹至今。 「大霹靂」一詞則是由霍爾在一次廣播節目中提出的。霍爾本人也不相信此一理論，因此語帶譏誚，原本有意嘲諷促狹，不料「一語成讖」。自 1964 年「宇宙微波背景輻射」﹝相當於爆炸後的殘餘能量﹞被發現後，多數科學家已不再懷疑大霹靂論。 1990 年後的現代，由於哈伯望遠鏡的發明和使用，加上「宇宙背景探測器」和「魏京生﹝Wilkinson﹞微波各向異性探測儀」的發射、佈建，使大霹靂論益發突飛猛進，許多細節逐漸明朗、得到證實。更令人意外的是，我們發現宇宙不只在膨脹當中，膨脹的速度還在加快。 先說明一下，宇宙大爆炸不同於任何其他爆炸，譬如核爆。除了能量大小不成比例外，大霹靂並非發生在時空的某點某處，反而是時間和空間在大霹靂中而誕生。甚至所有一切物質、能量，都是因大霹靂而產生的。物質、能量從那裡來？這個我們不可免的必須談到一位科學家叫 Alan Guth 和他的理論。現階段，讓我們先把空間和時間界定清楚。 我們說宇宙爆炸然後膨脹，並不是說宇宙爆炸、膨脹到那裡去或在什麼東西裡爆炸、膨脹，而是宇宙的空間本身在爆炸、膨脹。既然宇宙的空間從零開始爆炸、膨脹，到今天它的體積必屬有限。既然宇宙的空間即為我們可知、可感的所有一切空間，它的形貌可謂無邊，也就是沒有「外面」。一個有限又無邊的三度空間很難想像，二度空間則不難。一隻螞蟻在地球儀上爬來爬去，明知地球儀的表面積有限，就是爬不「出去」，因為地表﹝二度空間﹞無邊。所以問：「宇宙的外面是什麼？」無意義，因為宇宙沒有「外面」。我們以後會談到空間的度數。正如三度空間的人一望即知二度空間的螞蟻為何爬不出去，四度空間的生物也一望即知三度空間的我們如何受困在這個宇宙裡。只是那四度空間與我們無關，僅能憑想像或計算，而且那也不是我們的「外面」。 同樣，宇宙的時間有個開始，所以時間的過去屬有限，現代的估計是 137 億年。「時間有個開始」意味著時間的開始只有「以後」，沒有「以前」。時間開始了才有時間，有時間才有所謂「以前」、「以後」。時間還沒開始就沒有時間，沒有時間就沒有「以前」、「以後」。所以問：「大霹靂以前宇宙是什麼樣子？」無意義，因為大霹靂沒有「以前」。任何其他事情都有「以前」，只有大霹靂沒有。為什麼這麼奇怪？因為時間的定義離不開一種叫「熵」的東西﹝是一種值﹞。熵，和物質、能量有關，大霹靂的奇點沒有物質、能量，所以沒有「熵」─沒有「熵」就沒有「時間」。 談到「熵」這東西，讓我想起遙遠的往事。「熵」，簡單說，就是一個密閉系統的亂度。它是一個熱力學名詞。以前唸大學的時候，我最寶貝的有兩樣東西，一是我花容月貌的女朋友，二是我風馳電掣的摩托車。最愉快的事則莫過於騎著風馳電掣的摩托車載著花容月貌的女朋友出遊了。女朋友是不可能理解的，摩托車倒還可以。為了徹底瞭解寶貝摩托車，我買了一本協志工業的汽車學來看。後來發現不夠，又去旁系選修內燃機。要懂內燃機，應用力學、機構學、材料力學、流體力學、熱力學、熱傳導全都得修。於是就一口氣全修了。這些都不是我的本行啊！完全是本末倒置！在熱力學讀到關於「熵」的第二定律，那時那裡曉得此定律之重要性？曾幾何時，女朋友變成老婆，相夫教子﹝先燒飯生子再﹞，跟我出國；「熵」也從一個簡單的熱力學名詞搖身一變到關係宇宙時間的定義起來。 物換星移，頗有滄海桑田之慨；高堂明鏡，能無青絲暮雪之悲？都是時間惹的；或者說，都是熵惹的！ 大霹靂都發生了些什麼？我整理了一下目前已知﹝不是已證﹞的事項，理論上大致是這個樣子的： 0 ~ 0.0000000000000000000000000000000000000000001 秒 = 普郎克期 對稱性在此期內被破壞，重力在此期結束前從超力分出來。超力，是由宇宙四種已知力：重力、強作用力、弱作用力、電磁力所合成的，理論上宇宙最初的唯一之力。 0.0000000000000000000000000000000000000000001 ~ 0.000000000000000000000000000000000001秒 = 大一統期 宇宙溫度高於 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000 凱氏度。 強作用力、弱作用力、電磁力仍維持「三合一」狀態，叫「電核力」。 質量、電荷、色荷等名詞尚無意義。 此期結束前宇宙溫度已然降低至使一種由夸克和輕子合成的玻色子可以被產生出來。 正、反物質俱在，正物質稍多一些。 強作用力在此時期末從「三合一」的電核力分出來。 0.000000000000000000000000000000000001 ~ 0.00000000000000000000000000000001 秒 = 膨脹期 由大一統期末的「相變」觸發導致。 宇宙體積﹝時空﹞劇脹 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 倍。 大一統期產生的物質因宇宙劇烈膨脹而被大量稀釋到幾近於無。 「相變」造成一種場叫「脹場」，「脹場」提供宇宙時空劇脹所須之斥力，以及在此期末時大量釋出的位能。此位能轉變成一種由正、反夸克和膠子形成的濃稠高熱混合物，充斥全宇宙。 前面提及的 Alan Guth 和「物質從那裡來」和此期有密切關係。亦即：相變→脹場→位能→物質。 0.000000000000000000000000000000000001 ~ 0.000000000001 秒 = 電弱期 ﹝涵蓋膨脹期﹞ 此期自強作用力脫離電核力時開始。 弱作用力、電磁力仍維持「二合一」狀態，叫「電弱力」。 W, Z, 與希格玻色子﹝『神子』﹞都在此期產生，至約 0.000000000001 秒時止。 此期末的宇宙高能已經降低到現代加速器可以模擬的程度，所以W 和Z 粒子的存在方才得以證實。 0.000000000001 ~ 0.000001 秒 = 夸克期 重力、強作用力、弱作用力、電磁力徹底分家。 夸克尚未能形成強子，因此沒有中子、質子等核子，所以沒有原子，沒有一般物質。 宇宙充滿「夸克膠子漿」─正、反夸克和正、反輕子等。 重子﹝夸克構成的物質強子﹞、介子﹝夸克構成的非物質強子﹞尚未形成。 0.000001 ~ 1 秒 = 強子期 正、反夸克分別結合成正、反強子。正、反強子形成熱平衡。 此期宇宙質量由強子主宰。 宇宙溫度繼續下絳，正、反強子開始互相毀滅。 期末僅殘餘少許正強子，這些強子會在光子期形成原子核。 1 ~ 3秒 = 輕子期 期中正、反輕子被大量造出，二者形成熱平衡。 此期宇宙質量由輕子主宰。 宇宙溫度繼續下絳，正、反輕子開始互相毀滅。 期末僅殘餘少許輕子，這些輕子主要就是光子期的電子。 3 秒 ~ 380,000 年 = 光子期 此期宇宙能量由光子主宰。 期初數分鐘內原子核﹝內含質子、中子等重子﹞由殘存之強子形成。 期中宇宙充斥「原子核電子光子漿」，直到期末。 宇宙溫度繼續下絳，期末溫度已低至可讓原子核和電子形成物質原子。 原子開始形成後，光子不再直接與物質作用，宇宙開始有光，變成透明，微波背景輻射於焉出現，並於 1964 年被人類證實。 「色不異空，空不異色；色即是空，空即是色」。宇宙緣起，本來如此，諸法空相，無智、亦無得。 |
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