計(jì)沙健康密碼：二、 時(shí)間和空間的起源及其歸屬
二、 時(shí)間和空間的起源及其歸屬
二十世紀(jì)初，愛因斯坦完成廣義相對(duì)論學(xué)說時(shí)，指出了宇宙有發(fā)生膨脹的可能性。1932年，比利時(shí)數(shù)學(xué)家勒梅特，首次提出了現(xiàn)代宇宙大爆炸理論。他指出，整個(gè)宇宙最初聚集在原始的原子中，后來發(fā)生了大爆炸，碎片向四面八方散開，形成了我們的宇宙。
1948年，美籍俄國天體物理學(xué)家伽莫夫，第一次將廣義相對(duì)論融入到宇宙理論中，創(chuàng)立了大爆炸宇宙學(xué)模型。根據(jù)這個(gè)理論計(jì)算，宇宙誕生于150億年前。剛剛誕生的宇宙是一個(gè)極其微小的世界，但它卻具有高得異乎尋常的溫度和密度。后來溫度和密度驟然下降，這個(gè)硬幣大小的宇宙之卵以爆炸的速度猛烈爆炸。并在大爆炸中誕生了各種元素和支配它們運(yùn)動(dòng)的力，由此形成了星球和銀河，進(jìn)而形成了現(xiàn)在的宇宙。
二十世紀(jì)科學(xué)的智慧和毅力，在霍金的身上得到了集中體現(xiàn)。他用量子理論討論宇宙創(chuàng)生問題時(shí)，提出了宇宙自足理論。宇宙創(chuàng)生于沒有時(shí)空概念的虛無境界，他對(duì)宇宙起源后10—43秒之間的演化作了清晰的闡釋。
時(shí)間和空間的起源
宇宙大爆炸理論認(rèn)為，時(shí)間和空間是有起始點(diǎn)的，它是由一個(gè)從“絕對(duì)無境界”中誕生出來的宇宙卵瞬間爆炸產(chǎn)生的。這一爆炸，就炸開了一個(gè)三度空間，爆炸的過程就形成了時(shí)間，而且這一爆炸過程到目前仍未能結(jié)束。所謂“絕對(duì)無境界”，就是沒有任何物質(zhì)、沒有時(shí)間、也沒有空間這樣的一個(gè)原始世界。
愛因斯坦的廣義相對(duì)論，推算出整個(gè)宇宙的大小來源于一個(gè)點(diǎn)，也就是時(shí)空的起始原點(diǎn)，也叫奇點(diǎn)。廣義相對(duì)論預(yù)言，宇宙和時(shí)間本身在大爆炸處起始,它還預(yù)言時(shí)間在黑洞里終結(jié)。
由于廣義相對(duì)論是建立在整個(gè)宇宙能量守恒和光速恒定的基礎(chǔ)上的，宇宙中所有的物質(zhì)都是由宇宙卵這個(gè)原始火球的能量轉(zhuǎn)化而來，并且時(shí)間和空間也是能量的一種存在形式。并指出時(shí)空是相對(duì)的,時(shí)空由于物質(zhì)引力場的存在,形成了彎曲。我們?cè)诘厍蛏习匆粭l直線行走時(shí)，由于地球引力場的作用，實(shí)際上行走的時(shí)空是一個(gè)彎曲的軌道，這些都可以得到理解和證實(shí)。
由于能量守恒及光速恒定的問題，廣義相對(duì)論不能預(yù)言宇宙卵的能量是如何起源的,不能解釋宇宙中存在的奇點(diǎn)和黑洞的本質(zhì)，它只能預(yù)言一旦起始后的宇宙及時(shí)空如何演化。
由于極早期的宇宙沒有物質(zhì)的存在，只有能量場的存在，只有時(shí)間沒有空間，因此，廣義相對(duì)論不適用于對(duì)早期宇宙的研究。為了更好地理解早期宇宙的起源，霍金等人把研究大尺度時(shí)空的廣義相對(duì)論和研究亞原子微觀尺度的量子理論結(jié)合了起來。
霍金他們指出，在極端的情形下，時(shí)間可以像空間中的另一端那樣也存在一個(gè)起始原點(diǎn)。就像許多泡泡在沸騰的水中形成一樣，早期微小的宇宙，它們的膨脹仍然處于微觀尺度，并且很容易再次坍縮。由于不能維持足夠長的時(shí)間，來不及發(fā)展出星系和恒星。然而，這些小泡泡中的一些會(huì)膨脹到一定的尺度，到那時(shí)就可以 安全地逃避坍縮。它們會(huì)繼續(xù)以不斷增加的速率膨脹，形成我們的宇宙。
霍金的這一理論，讓我們能把宇宙中所觀察到的奇點(diǎn)和黑洞，理解為正在發(fā)育或又在坍縮的另一個(gè)宇宙。
霍金創(chuàng)立的理論認(rèn)為，早期宇宙很可能是稍微不均勻的，這意味著有些區(qū)域的密度，比其它地方的稍高。由于這些額外密度的引力吸引作用，使這個(gè)區(qū)域的膨脹減緩，而且最終能夠使這些區(qū)域坍縮，形成星系和恒星。
時(shí)空的相對(duì)性及其歸屬
傳說中國古代有一位漁民，正在河中捕魚，忽然岸邊來了一位白發(fā)老人邀他上岸與他對(duì)弈下棋，這位漁民就欣然同意了。
漁民就在河的岸邊聚精會(huì)神地與神秘老人對(duì)弈著，結(jié)果下成了平局。這時(shí)他想到該回家吃飯了，家里人一定都等急了。就這樣他猛然抬頭，卻發(fā)現(xiàn)這位白發(fā)老人不知何時(shí)不見了，消失得無影無蹤。他再環(huán)顧了四周，發(fā)現(xiàn)一切都不是過去的樣子，人們都不認(rèn)識(shí)他，他也不認(rèn)識(shí)周圍的人們，再看看河邊的那條船，已經(jīng)只剩下腐朽不堪的殘骸。
這位漁民來到村里打聽自己的親人，他的親人早已不在人世，原來時(shí)空已經(jīng)過去了一百多年。不久，這位漁民又再次神秘消失。
一般人的印象就是時(shí)間就是時(shí)間，空間就是空間，兩者之間風(fēng)馬牛不相及，毫無聯(lián)系。對(duì)于地球上的人們來說，感覺有無限的過去，或無限的將來。但是現(xiàn)在的時(shí)間卻是稍縱即逝，不可逆轉(zhuǎn)。地球人的生命畢竟是有限的，所以浪費(fèi)光陰或珍惜時(shí)間，往往可以成為地球人生命價(jià)值的體現(xiàn)。
愛因斯坦早期也認(rèn)為，時(shí)空是平直的，光線也是平直的，但他后來發(fā)現(xiàn)時(shí)間和空間具有相對(duì)性和統(tǒng)一性，時(shí)間和空間可以互相轉(zhuǎn)化，愛因斯坦將時(shí)間和空間統(tǒng)一稱呼為時(shí)空，并且還發(fā)現(xiàn)了光速在宇宙中的傳播速度是恒定不變的。1905年愛因斯坦在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立了早期的相對(duì)論。
公元1916年，愛因斯坦又沖上太空，站在了銀河系的角度來觀察事物景象。結(jié)果發(fā)現(xiàn)“天上一天，地上千年”這樣的民間俗語,竟然是對(duì)宇宙中時(shí)空相對(duì)性的真實(shí)內(nèi)容的表達(dá)。太陽上的一天，相當(dāng)于地球上的一年；銀河系中銀核的一天，相當(dāng)于地球上的億萬天。也就是說地球上一年的故事，太陽的一天就能看到；銀核的一瞬間就能知曉地球上多少億年的歷史?？臻g層次越高，時(shí)間過得就越緩慢。
從物理學(xué)的角度講，這時(shí)的愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了時(shí)空不光是相對(duì)的，可以相互轉(zhuǎn)化的，而且還發(fā)現(xiàn)時(shí)空是可以彎曲的，時(shí)空只有處于彎曲狀態(tài)時(shí)，太陽上的一天才能知曉地球一年里的故事。如果有人在地球上的某一點(diǎn)出發(fā)，沿著一條直線繼續(xù)不停地行走，結(jié)果他又有可能回到他原來的起始點(diǎn)，這就體現(xiàn)出了地球時(shí)空的彎曲性。
為什么時(shí)空是彎曲的，而不是平直的呢？愛因斯坦找到了答案。他發(fā)現(xiàn)具有一定質(zhì)量的天體，它們都具有自己的引力和斥力場，也就是自己的勢力范圍，這樣就形成了自己的空間場，也就是我們通常所指的空間。
由于這些天體在做自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生自己的能量波對(duì)外釋放，這樣就形成了自己的時(shí)間場，也就是我們通常所指的時(shí)間。由于每個(gè)天體所擁有的時(shí)間和空間與這個(gè)天體本身的質(zhì)量和外形密切相關(guān)，這就導(dǎo)致了每個(gè)天體時(shí)空軌道的彎曲。
由于天體的質(zhì)量越大，它的引力和斥力作用就越強(qiáng)，因而它擁有的空間勢力范圍就越大，空間層次就越高；由于天體的質(zhì)量越大，它的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度就越慢，產(chǎn)生的能量波對(duì)外釋放的速度也就越慢，這樣它所擁有的時(shí)間場的運(yùn)行也就越慢，“天上一天，地上千年”就這樣產(chǎn)生。
所有的天體都擁有自己的時(shí)空軌道，時(shí)空的彎曲程度與這些星體的萬有引力、慣性力，以及這些星體的質(zhì)量和外形相關(guān)。由此，愛因斯坦在原有的相對(duì)論基礎(chǔ)上又建立起了廣義相對(duì)論數(shù)學(xué)模型。
根據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論可以推斷出：宇宙起始之后的總體能量是守恒的，并且質(zhì)量是由能量轉(zhuǎn)化而來。宇宙中不存在有純真空的時(shí)空，時(shí)空本身就是一種能量場，只有物質(zhì)的存在，才有時(shí)空的存在。天體的質(zhì)量大小和一定的分布狀況，造成宇宙時(shí)空的分布不均。
宇宙中任何物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度都不能超過光速，當(dāng)一個(gè)物體運(yùn)動(dòng)速度接近光速的時(shí)候，物體自己所能擁有的時(shí)間較靜止時(shí)變慢，物體的質(zhì)量會(huì)較靜止時(shí)增加。物體運(yùn)動(dòng)速度等于光速時(shí)，時(shí)間會(huì)凝固，超過光速時(shí)，歷史就有可能出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)而重演。
霍金等宇宙學(xué)家們認(rèn)為，在絕對(duì)無境界里，不光只是誕生我們這樣一個(gè)宇宙，如果站在宇宙?zhèn)€體之上去看問題，就會(huì)發(fā)現(xiàn)絕對(duì)無境界里，每時(shí)都有新的宇宙誕生，每時(shí)又都有老的宇宙滅亡。并且誕生的宇宙還呈現(xiàn)多樣化，至少有反物質(zhì)的宇宙存在。所謂反物質(zhì)宇宙，就是由電子帶正電、質(zhì)子帶負(fù)電的物質(zhì)所構(gòu)成的宇宙。我們的宇宙是電子帶負(fù)電、質(zhì)子帶正電，稱之為正物質(zhì)的宇宙。
由于誕生宇宙的原始世界是一個(gè)絕對(duì)無的境界，因而宇宙?zhèn)€體可以理解為是一個(gè)完全封閉的系統(tǒng)，同時(shí)又可以理解為是一個(gè)完全開放的系統(tǒng)。所以霍金等宇宙學(xué)家們認(rèn)為，多個(gè)宇宙的誕生和消亡可以出現(xiàn)迭加狀態(tài)。目前太空中所觀察到的奇點(diǎn)、黑洞等天文現(xiàn)象，宇宙學(xué)家們認(rèn)為可能是正在孕育中的宇宙，或者是已經(jīng)坍塌了的宇宙。
宇宙學(xué)家們說，尤其是我們的宇宙在膨脹過程中，如果遭遇到了反物質(zhì)宇宙的迭加時(shí)，就有可能導(dǎo)致我們這個(gè)宇宙迅速塌縮。宇宙的所有物質(zhì)又被返回聚集在一起，空間場首先消失，而出現(xiàn)超高密度的宇宙塌縮尸體。這個(gè)超高密度的宇宙尸體，就是我們理解的黑洞，它具有超強(qiáng)的吸引力。這樣就印證了廣義相對(duì)論的預(yù)言，宇宙和時(shí)間本身都在大爆炸處起始，時(shí)間最后在黑洞里終結(jié)。
由于每個(gè)天體星系的總體能量是恒定的，每個(gè)天體星系所擁有的時(shí)間和空間都是該天體的能量存在形式和組成部分，時(shí)間又是該天體自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)所形成的能量波對(duì)外釋放的過程。因此時(shí)間運(yùn)作越快的天體，能量釋放的也就越快，能量又是天體質(zhì)量轉(zhuǎn)化而來，因而天體的質(zhì)量也就越來越小。這樣一來，由天體質(zhì)量的引力和斥力所形成的空間勢力范圍也就越來越小。所以對(duì)于整個(gè)宇宙來說，最后同樣也是空間場首先消失，時(shí)間最后在黑洞里終結(jié)。
黑洞里正在演化著質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)榧兡芰康倪^程，霍金用量子理論也證實(shí)了現(xiàn)有的黑洞在進(jìn)一步縮小的現(xiàn)象。這個(gè)宇宙殘骸最后是要還原成宇宙的起始奇點(diǎn)，退回到絕對(duì)無的境界，這時(shí)另外一個(gè)宇宙又在爆炸中誕生。
宇宙卵來源于一個(gè)絕對(duì)無的境界，發(fā)生了卵裂和爆炸后首先形成了時(shí)間；后來演化出各類天體星系及它們自己的時(shí)間和空間。隨著宇宙的老齡化，最終整個(gè)宇宙各類天體星系的空間又都將出現(xiàn)塌縮形成黑洞，時(shí)間最后在黑洞里終結(jié)。了解時(shí)間和空間的起源及其歸屬對(duì)我們感悟人生的真諦又有什么用呢？生命的輪回和命運(yùn)的軌跡與時(shí)間和空間的起源及其歸屬難道還有什么聯(lián)系嗎？
2015.01.24.計(jì)沙
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