為什么要了解宇宙的本質?
這篇文章結尾,我會分享之所以要了解的緣由。
宇宙是如何起源的?它的本質又是什么?
近幾百年,尤其是20世紀到現(xiàn)在的100多年,自然科學突飛猛進,人類對宇宙的研究和認識也到了相當?shù)某潭取D壳爸髁骺茖W界最有影響的學說認為,現(xiàn)有宇宙是由大約138億年前的一次大爆炸形成的。
那么,就讓我們來梳理下這個認識的過程。
萬有引力定律
近代自然科學,尤其是物理學,毫無疑問得從牛頓說起,在牛頓之前,人們或認為地球是宇宙的中心,或認為太陽是宇宙的中心,但這種現(xiàn)代看起來幼稚的學說直到牛頓出現(xiàn)才被推翻。
牛頓發(fā)現(xiàn)了“萬有引力定律”,這個理論的大概意思是:萬物之間存在相互吸引的引力,質量越大,距離越近,引力就會越大。
這就解釋了為什么月球會繞著地球轉,地球會繞著太陽轉。從這個角度看,宇宙并不存在什么中心,或者說宇宙處處都是中心。
但牛頓窮其一生還是無法解釋另外兩個重要的問題:一是宇宙的邊界在哪里?二是宇宙的起源是怎么回事?
牛頓之后,天文物理學沉寂了200多年,直到愛因斯坦橫空出世。
引力場方程
1916年,愛因斯坦提出了一個著名的理論,即廣義相對論,從這個理論中,他又推導出了一個方程,被稱為“引力場方程”。
引力場方程是一個結合了時間、空間、物質、運動、能量、動量等物理量的方程。大概意思是:空間物質的能量、動量分布決定了空間的彎曲情況。
簡單理解就是:隨著時間流逝,宇宙空間會發(fā)生膨脹或收縮。
不過,愛因斯坦當時認為宇宙應該是相對穩(wěn)定的,不會有大的劇烈變化,所以他把原來的方程式加入了一個宇宙常數(shù),這樣一來,宇宙就不會隨著時間的流逝而劇變。
愛因斯坦打開了宇宙的一扇門,卻很難輕易再關上。
宇宙起源的探索
1927年,比利時天文學家勒梅特發(fā)表了愛因斯坦場方程的一個解,并由此指出宇宙是膨脹的,最初起源于一個“原始原子或宇宙蛋”的爆炸。
這被稱為“原始原子”假說,或者“宇宙蛋”假說,這就是宇宙大爆炸理論的原型。
勒梅特不僅提出了上述理論,還指出宇宙膨脹會造成星系遠離我們這一現(xiàn)象。
并且,勒梅特認為,通過觀測星系是否在遠離我們,就可以證明宇宙是否在膨脹,進而證明宇宙是大爆炸產(chǎn)生的。
兩年后的1929年,美國天文學家哈勃通過觀測銀河系外的其他星系,發(fā)現(xiàn)大多數(shù)星系存在紅移現(xiàn)象。
什么是紅移呢?光的本質是電磁波,不同的單色光波長不一樣,把單色光按照波長,由短到長依次排序,就形成了光譜,其中,從紫色到紅色,波長越來越長。
依據(jù)這個原理,當星系發(fā)出的光被我們接收后,我們會把它分成單色光在光譜上標記出來。如果星系正在遠離我們,我們接受到的光,波長就會越來越長,這就是紅移。
哈勃發(fā)現(xiàn)銀河系外的星系大都在發(fā)生紅移,而且距離地球越遠,紅移就越明顯。
哈勃的這個發(fā)現(xiàn)成為宇宙膨脹的實例證據(jù)。
盡管勒梅特和哈勃通過推理得出了宇宙可能源自大爆炸的理論,但宇宙是怎么發(fā)生爆炸的?宇宙的早期發(fā)生了什么?他們還是無法很好地解釋。
宇宙大爆炸模型
1940年代,俄裔美國核物理學家和他的兩個學生一道,將相對論引入宇宙學,提出了熱大爆炸宇宙學模型。
該模型提出了三個預言:1、宇宙起源于“奇點”的爆炸,奇點的溫度和密度無限大;2、氦豐度,大爆炸產(chǎn)生的氫元素和氦元素質量之比是3:1;3、宇宙微波背景輻射,即宇宙大爆炸的余熱至今還在。
關于第1個預言,后來的物理學家霍金和數(shù)學物理學家彭羅斯,從數(shù)學的角度證明了奇點可以存在。彭羅斯還因此獲得了諾貝爾物理獎(盡管到現(xiàn)在都無法實證)。
關于第2個預言,這之后的天文學家們通過觀測宇宙中各元素的組成,發(fā)現(xiàn)觀測結果與此預言結果基本吻合。
關于第3個預言,1964年,美國貝爾實驗室的兩名無線電工程師,在偶然中發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射。1978年,這兩位可能壓根不懂宇宙微波輻射的工程師,被授予了諾貝爾物理獎。
氦豐度和宇宙微波背景輻射被證實后,宇宙大爆炸論開始得到科學界的認同,成了關于宇宙起源的主流科學理論。
宇宙大爆炸的疑惑
既然各種觀測研究推導出了宇宙源自大爆炸,那么為何宇宙會產(chǎn)生大爆炸呢?
通過廣義相對論,科學家們將宇宙的膨脹進行時間反推,得出宇宙在距今約138億年前,起始于一個密度極大且溫度極高的太初狀態(tài),這就是宇宙學模型的奇點。
在宇宙大爆炸后大約10—32秒,宇宙突然膨脹,其體積以1078單位增加(三維中每一維都以至少1026單位的距離增加),相當于將一個1納米的物體長度擴張到大約10.6光年。
此后,宇宙的膨脹變慢,在膨脹和冷卻的過程中,重子、原子核、原子等開始形成。
在宇宙大爆炸后約38萬年,宇宙變得透明,電磁波(光)得以穿越太空。繼續(xù)膨脹和冷卻的宇宙,慢慢演化出星云、恒星、星系等天體結構。
再之后,宇宙的膨脹繼續(xù)變慢,直到宇宙大爆炸后98億年(40億年前),才開始逐漸快速地膨脹,現(xiàn)在還是如此。
如果以上的科學推論成立,那么問題就來了。
大爆炸之前宇宙是什么呢?宇宙為什么會加速膨脹?宇宙膨脹的盡頭是什么?
關于以上幾個疑惑,科學界眾說紛紜,觀點各不相同,因此我們很難取舍,那么我們能不能找到一個邏輯能夠自洽的路徑呢?
實際上是可以的。
這就不得不談到宇宙的本質。
宇宙的本質
宇宙的本質是什么?從研究宇宙起源論的各種實證證據(jù),我們能夠清晰的分析出,宇宙的本質是——能量。
如果確定是能量,第一個特征就一定有能量的二元性,有顯能量,就一定有與之相反的暗能量,如果顯能量是膨脹的能量,那么暗能量一定是收縮的能量。
宇宙中是否存在“收縮”的暗能量?
答案是肯定的。
暗能量
在哈勃于1920年代發(fā)現(xiàn)遠星系存在紅移現(xiàn)象后,雖然主流的科學界認為宇宙空間確實在膨脹,但不認為膨脹是加速的,因為引力會使得宇宙的膨脹速度逐漸減緩。
1998年,兩個研究小組通過觀察發(fā)現(xiàn),在遙遠星系的一顆la型超新星,能夠釋放出數(shù)量巨大的、持久的光,通過仔細測量這些活動的光的紅移現(xiàn)象,研究人員發(fā)現(xiàn)空間本身似乎在作為一種能夠將物質分離開來的力量起作用,正是這種與引力相反的斥力加速了宇宙的膨脹速度,因為這種力量無法解釋,于是提出了“暗能量”的概念(研究小組的兩人因此獲得2011年的諾貝爾物理獎)。
提到暗能量,就不得不說暗物質,首先解釋下暗物質。
重力是一種中心力量,并將物體聚集在大質量物體的軌道上。宇宙中每個有質量的物體都具有引力。宇宙中的行星、恒星、衛(wèi)星和其他物體也具有引力。這就是為什么物體之間會彼此繞行的原因,就像月球繞著地球旋轉,而地球繞著太陽旋轉一樣。
同樣地,科學家認為即使是恒星和星系也可以通過引力結合在一起。
但是當科學家們試圖測量一個星系團的總物質質量時,他們發(fā)現(xiàn)星系內中根本沒有足夠的物質質量和可見物質,來提供足夠的重力來將它們保持在一起。
據(jù)此,科學家推測在星系內部和周圍必須存在一些看不見的東西,使這些星系束縛在一起,這種看不見的物質被稱為“暗物質”。
暗物質既不發(fā)光也不反射光,因此無法被看到,但暗物質的存在可以根據(jù)其對可見宇宙的引力來推斷。
根據(jù)科學家的說法,這種力量可以防止星系漂移。暗物質也可能在宇宙的產(chǎn)生中起作用,大爆炸之后暗物質在整個宇宙中形成了一個細絲網(wǎng)絡,在這個網(wǎng)絡中第一批恒星和星系誕生了。
而與暗物質同時存在的,是一種更神秘的東西,叫做暗能量。
正常物質和暗物質會產(chǎn)生引力,使物體結合在一起,暗能量則與重力完全相反,它能導致事物飛散。
暗物質和暗能量之間有什么關系?
雖然暗物質和暗能量不能被直接觀測到,但根據(jù)質能方程計算可以得知,暗物質和暗能量具有能量釋放轉化的關系,如同是一枚硬幣的兩面,只是性質上有所區(qū)別。
簡而言之,暗物質會吸引,暗能量就會排斥。
在天文學里,暗物質是補充星系內引力參數(shù)的不足。而在宇宙大爆炸理論中,暗能量是一個維持膨脹率的常數(shù)。
那么,在現(xiàn)有的宇宙觀測中,有沒有符合暗物質與暗能量現(xiàn)象的力量呢?
答案是有的,那就是——黑洞。
黑洞
依據(jù)愛因斯坦的廣義相對論,當一顆恒星的熱核反應已經(jīng)耗盡了中心的燃料,由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多,再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量,于是,在外殼的重壓之下,恒星的核心開始坍縮,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直到最后形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體(幾乎為奇點),質量導致的時空扭曲使得即使光也無法向外射出,“黑洞”就誕生了,此后,這個形成的黑洞會不斷吞噬臨近宇宙區(qū)域的所有光線和任何物質。
因此,黑洞應該就是暗物質和暗能量合二為一的能量體。
而在科學界,一項2023年發(fā)表的研究也表明,暗能量或是黑洞引力造成的現(xiàn)象。
在宇宙中的已知星系,包括我們居住的銀河系的中心,都隱藏著一個超大質量的黑洞,星系的所有天體都圍繞著各自中央的黑洞在運動,除此外,散布在星系其間還有大大小小的無數(shù)個黑洞,并且,黑洞通過吞噬周圍的物質以及黑洞合并的方式,還在不斷成長。
(2023年1月9日,科學家就發(fā)現(xiàn)兩個超大質量黑洞并排“進餐”。它們同時生長,相距只有750光年,是科學家們觀測到的最為接近的黑洞,它們最終將融為一個巨大的黑洞。)
正是這種觀測不到的黑洞(暗能量)和能觀測到的星系天體(顯能量)的相互作用,才維持住了目前的宇宙動態(tài)平衡。
黑洞的毀滅
英國物理學家霍金結合了廣義相對論和量子理論,發(fā)現(xiàn)黑洞周圍的引力場釋放出能量,同時消耗黑洞的能量和質量。
于是霍金提出黑洞毀滅的假想:最終的黑洞體積會縮小,甚至會爆炸,會噴射物體,發(fā)出耀眼的光芒。
這個假想的物理學邏輯是:假設一對粒子會在任何時刻、任何地點被創(chuàng)生,被創(chuàng)生的粒子就是正粒子與反粒子,而如果這一創(chuàng)生過程發(fā)生在黑洞附近,就會有兩種情況發(fā)生:兩粒子一起湮滅,一個粒子被吸入黑洞。
“一個粒子被吸入黑洞”這一情況:在黑洞附近創(chuàng)生的一對粒子,其中一個反粒子被吸入黑洞,而正粒子會逃逸,由于能量不能憑空創(chuàng)生,我們設反粒子攜帶負能量,正粒子攜帶正能量,而反粒子的所有運動過程可以視為是一個正粒子的為之相反的運動過程,如一個反粒子被吸入黑洞,可視為一個正粒子從黑洞逃逸。
這種情況就是一個攜帶著從黑洞里來的正能量的粒子逃逸了,即黑洞的總能量少了,而愛因斯坦的質能方程E=mc2表明,能量的損失會導致質量的損失。
當黑洞的質量越來越小時,它的溫度會越來越高。這樣,當黑洞損失質量時,它的溫度和發(fā)射率增加,因而它的質量損失得更快,如此直到黑洞的爆炸。
黑洞不斷吞噬周圍物質,以及黑洞彼此可以融合的現(xiàn)象,最終會導致現(xiàn)有的宇宙成為巨大的黑洞框架,而黑洞的歸宿是形成一個大擠壓處(類似宇宙大爆炸模型的奇點),這個大擠壓處(奇點)達到臨界點后開始爆炸。
最后,按照以上的諸多論述,把天文物理學已有的各種觀測結論和各種未知假想結合起來,就能得到一個完美的終極脈絡,即宇宙的框架是永恒存在的(并不是只有138億年),只不過宇宙的存在具象在不斷的變化。
當然,以上用了很長的篇幅闡述宇宙的起源、本質及歸宿,除了已經(jīng)確定的科學結論,任何的假想在現(xiàn)階段,都不是100%定論的。
好,回到文章開頭的立意,為什么要從宇宙的起源及本質談起?
我是一個易學命理從業(yè)者,天文物理一度并不是我的所好,但易學是研究變化規(guī)律的學問,《呂氏春秋·下賢》篇有言“以道為宗,變化無所終窮,覆宇宙而無望,其大無外,其小無內?!?/span>
其大無外,大到無所大即是宏觀宇宙,所以變化的規(guī)律大不過宇宙。如果尋找變化的根本,從宇宙終極規(guī)律中找尋并印證,是最佳的路徑之一,于是便有了今天的解析。
通過分享宇宙起源及本質的內容,我們可以得出結論如下:
(1)、宇宙的本質是能量及能量的運行。
(2)、宇宙是“膨脹”與“收縮”兩種相反相成的力量在主導。
(3)、宇宙是全息關聯(lián)的統(tǒng)一整體。
以上的結論,無論是僅從已經(jīng)證實的天文物理學研究,還是經(jīng)由我們今天梳理的脈絡推理出的宇宙大爆炸前與宇宙大膨脹后的假想,都是成立的。
那么,宇宙本質的表述轉化成易學的術語,是什么呢?那就是——“道”。
什么是道?《易傳?系辭》有言:“一陰一陽之謂道。”
所以,“道”就是能量及能量的運行,陰陽就是“收縮”與“膨脹”的能量兩面性(陰為收縮性,陽為膨脹性)。
又,根據(jù)宇宙全息理論,在宇宙整體中,各子系統(tǒng)、系統(tǒng)與宇宙之間是全息對應的。也就是說,子系統(tǒng)包含系統(tǒng)的全部信息,系統(tǒng)包含著宇宙的全部信息。
在顯態(tài)信息上,子系統(tǒng)是系統(tǒng)的縮影,系統(tǒng)是宇宙的縮影。
依據(jù)以上次序,我們可以得到這樣的信息:人→地球→太陽系→銀河系→室女超星系團→宇宙。
于是,我們便能推導出一個終極結論:一切萬事萬物的變化就是能量的陰陽變化。
后記:很多人總是不能理解陰陽的本質,這就是我寫這篇文章的初衷,從宏觀宇宙層面進行力所能及的解釋。
如果以后有機緣,我還會從微觀世界來解析,只不過現(xiàn)在就可以負責任的告訴你,結果依然會一樣。
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