不可思议的宇宙问题之我见

不可思议的宇宙问题之我见

摘要：茫茫星空，从古至今，引起了多少思考，而“我们来自哪里？”这一千年难题，至今惹得物理界不得安宁，一系列理论的诞生试图揭开这个宇宙终极奥秘的面纱。然而，这一系列终极的猜想也都有各自的症结。笔者从一个爱好者的旁观的眼光，用不太成熟的思想给出了自己的猜想和疑问。

关键词：宇宙大爆炸弦理论M理论暗物质暗能量平行宇宙

My View On Unimaginable Universe Problems

Abstract ：The boundless sky arousing many ponderings historically . However, "Where are we from ? ” —The millennium problem that stupm human-beings historically has been provoking physical society restlessly so far . A series of theories’ coming into being try to reveal the veil of the unive rse’s ultimate mysteries . However ,the series of ultimate guesses also have their own key sticking points.As a amateur,the author gives his own guess and doubting with immaturing thought as a bystander.

Key words: Big Bang String Theory M-theory Dark Matter Dark energy Multiverse

大约137亿年前，“虚无”（谁知

道外面是什么）的宇宙中，莫名奇妙

的诞生了一个奇异的超高能量点，我

们称之为“奇点”。宇宙中的全部质

量（最起码是我们的宇宙）都挤压在

某种无限致密的状态，其温度也无限

高，这种状态称为“初始奇点”。可能

是这能量过于巨大而不是那么稳定，

图一：宇宙大爆炸假想图

在一个未知的触发机制下，“砰~”地

一声，创造出了今天的宇宙。时间、空间和物质也都肇始于这次初始奇点的大爆炸。爆炸伊始，宇宙是一个充满辐射（能量）的“地狱”，它热得使任何原子或分子均不可能存在下去。数分钟后，它便冷却到能够形成最简单的氢原子核了。

及至数百万年之后，宇宙才冷却到足以形成第一个原子，不久又形成了简单的分子。然后，只是到了数十亿年之后，才出现了一系列复杂的事件，使得物质凝聚成恒星和星系，此后又形成了稳定的行星环境。

这就是宇宙大爆炸理论，比利时牧师、物理学家乔治·勒梅特首先提的关于宇宙起源的理论。 事实上这一模型的框架基于了爱因斯坦的广义相对论，只是当年爱因斯坦不敢相信这一有自己理论推理出来的结论，爱因斯坦给自己的的理论里引入了宇宙常量，以保证宇宙完美的稳态。事后爱因斯坦说这是他做失败的一件事。

一切由这个证据十足（从星系红移观测到的哈勃膨胀、对宇宙微波背景辐射的精细测量、宇宙间轻元素的丰度，而今大尺度结构和星系演化也成为了新的支持证据 ）的理论惹的祸，“大爆炸”似乎早已成了事实，那么，我们的宇宙未来的命运会是什么呢，是永远的膨胀下去，还是会重新相互靠近呢？

对于预测宇宙的未来，似乎并没有那么困难。如果宇宙能量密度超过临界密度，宇宙会在膨胀到最大体积之后坍缩，在坍缩过程中，宇宙的密度和温度都会再次升高，最后终结于同爆炸开始相似的状态——即大挤压；相反，如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度，膨胀会逐渐减速，但永远不会停止。相对论的最著名的结论2mc E =指出，质量和能量是可以转化的，那么，宇宙中无数的恒星核燃烧最终会耗尽原料，宇宙中的质量重新归于能量。

呵，造物主开了一个玩笑——能量转变成质量，再变回能量。我们在他变身的瞬间得以生存！造物主为什么要开这么无聊的玩笑呢？能量为什么这样调皮，又是怎样在能量和物质之间转换的？

那么，宇宙的临界密度、现在的密度又该怎么计算呢？首先计算宇宙系统的总质量，这需要宇宙系统的光速c 、万有引力常数G ，还有一个就是宇宙系统的平均密度，宇宙系统的平均密度准确的方法是用宇宙的年龄或哈勃常数计算得到。理论计算得出的临界密度为330/105cm g -⨯。但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了。星系间存在广袤的星系间空间，如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间，那么，平均密度就只有331/102cm g -⨯，远

远低于上述临界密度。既然现在的宇宙是在加速膨胀，那么维系宇宙膨胀的那部分能量哪去了？

科普文章中我们经常可以看到，普通物质（重子物质）占4%，暗物质（非重子物质）占23%，暗能量占73%（不同学者给出的数字略有不同）这样一个说法，其中各种物质所占的百分点就是用宇宙临界物质密度为单位。可是暗物质、暗能量的存在成了21世纪科学界最大的挑战！他们在哪里？

它的构成也和人类已知的物质不同。在宇宙中，暗物质的能量是人类已知物质的能量的5倍以上。暗能量更是奇怪，以人类已知的核反应为例，反应前后的物质有少量的质量差，这个差异转化成了巨大的能量。暗能量却可以使物质的质量全部消失，完全转化为能量。宇宙中的暗能量是已知物质能量的14倍以上！怎么找到这么奇怪的物质，成为了物理学家的当务之急。Abell 2390星系团和MS2137.3-2353星系团，距离我们约有20亿光年远。哈勃太空望远镜所拍摄的假色照片和钱卓拉X射线观测站所拍摄的X射线影像中。哈勃望远镜的影像中可以看到数量众多的星系，但在X射线影像里，这些星系的踪影却无处可寻，只见到一团温度有数百万度，而且会辐射出X射线的炽热星系团云气。除了表面上的差异外，这些观测其实还含有更重大的谜团呢。哈勃太空望远镜所拍摄的假色照片影像中星系的总质量加上钱卓拉X射线观测站所拍摄的X射线云气的质量，它们所产生的重力，并不足以让这团炽热云气乖乖地留在星系团之内。事实上再怎么细算，这些质量只有“必要质量”的百分之十三而已！在哈伯望远镜的深场影像里，重力透镜效应影像也指出造成这些幻像所需要的质量，大于哈勃望远镜和钱卓拉观测站所直接看到的。天文学家认为，星系团内大部分的物质，是连这些灵敏的太空望远镜也看不到的“暗物质”！

围绕暗物质和暗能量，李政道阐述了他发的观点。他提出“天外有天”，指出“因为暗能量，我们的宇宙之外可能有很多的宇宙”，“我们的宇宙在加速地膨胀”且“核能也许可以和宇宙中的暗能量相变相连”。

在我们的宇宙中要寻找这“暗东西”似乎不是我们“低维生物”所能办得到的。超弦理论推出我们的宇宙并不只是我们身边的三维空间，而是一个十一维度的空间，除了时间维度和我们的三维空间外其他的七维空间被“囚禁”在了一