聊点科学（2）——宇宙起源

好像见过一个中文里嘲笑科学界的汉语词，叫，科学教，让我笑出来。科学和宗教的不同，我想是perspective的不同，简单来说，穿在科学的鞋里，看出去的世界是offen的，Alles möglich，有自己的理论，但是也能接受自己错，接受别人的更合理（也许）更接近事实。而宗教的态度呢，是封闭的，坚守一个字，我，我，我，只有我最对，最好，所有的存在都是为了证明，我。

不错，我这里用到的是宗教两个字，不过想特别强调一下的是，我无意抨击任何一种具体的宗教，只是用这两个字指代一种人生态度，处世哲学观。至于我自己，还是那句话，我尊重任何人选择的选择，我尊重你有认为自己对的权力。

这件事说起来很好玩，如果模型化一下，恰恰是到目前为止人们提出来的三种宇宙模型种的两种。

数学描述的话，三种模型最根本的差别是，曲率。

如果我们的宇宙模型是正曲率（图1），也就是球状，导出来的结果是，这个球，尽管是向外旋转扩张的，但同时也是回缩的，最后终究会回到一个点，即最初最初的Urknall(Big Bang)，宇宙的起点，那也将是宇宙的终结。

第二种马鞍形模型，很容易看到它是没有边界的（unendlich），也就是会一直向外扩张，长，长，长，长，长。

第三种，平面模型，同属于无边无界。

问题来了，哪一个模型按我们已有的知识推断，最合理？

2000年4月出现的对Hintergrundstrahlung(background radiation)新的研究结果，终于可以回答这个问题。

上世界70年代，人们已经证实，我们的宇宙中，充满了有完全不同的internal structure微波辐射。也就是说，不同方向望的辐射波，强度也不同。将这些波通过波谱分离并投射成一张（颜色）图，然后对图上不同点的距离分析，得到的结果，是我们宇宙空间模型的曲率。

理论讲完（我也不爱讲这些，没兴趣的跳过去好了），结论是，我们生活在一个完全F-L-A-T的宇宙空间（如图三）。也就是说，我们的宇宙会无限扩张(unendlich Ausdehnen-infinitely expanding)。

Cosmic microwave backgrund radiation的发现，归功于Arno Allan Penzias和Robert Wilson两名物理学家，1964年。

那是另外一个科学界的传奇，说起来会很有趣，但是也很长，这里略过。Arno Penzias和Robert Wilson（两个美国人哦），连同Pyotr Kapitsa（俄），分了1978年的诺贝尔物理奖。

这个现象连同一起的理论，支持的是关于宇宙起源的Big Bang Theory，中文翻译成，大爆炸。具体来说，即宇宙的起源是一个点(Urknall)，这个点很特殊，包含了时间和空间两个概念。

在这个点以前，既没有时间，也没有空间。那是什么？

什么都没有。

很抽象？我也同意啊。反正物理学界比较认可的观点是，我们到现在，能明白的只有5%。剩下的95%open（所以是出成绩的好机会哦）。

2015年9月14日，人们第一次直接观测到引力波，证明了黑洞系统可能有两种星体质量（star mass）。星体质量是天文学上一个专有名词，一般来说，用太阳的质量做单位，M会说，那颗星的质量是几个M。

这是常见的度量Skalar的用法，总不能用人的体重，就算几百年前的也不怎么合适，比如说，几个一剑陶三没文化那么重？

那太不科学。

引力波存在的预言？当然是物理界的super star，100年前的爱因斯坦，这也是他的广义相对论论文的basic idea，广义相对论将引力解释为时空扭曲的结果。

引力波花了1，3billion光年，回到我们身边，是时空震荡的结果，是宇宙中的一次骤变产生的。同时，它也生成了距离的改变，1/1000的原子，

2015年9月，科学家观测到双黑洞在引力波场的碰撞，并最终合二为一。

另一派的理论来了。我们的宇宙，生于黑洞长于黑洞，甚至，我们现在也有可能是在黑洞中存在，我们的universum不是single Universum，而是multi-Universum，嗯，我们有很多neighbour Universium。

哦？！

这一派的掌门，叫Nikodem Poplawski，波兰人，生于1975年，他也被称为，新时代的爱因斯坦。

他（最广为人知）的猜想是，每一个黑洞，都是通往另一个世界的门。我们不过是在某一个黑洞里生活，Urknall?没有这件事，或者说，Urknall不过是一个黑洞的反弹。

Urknall理论的起源，也要退回到100年前，比利时人Georges Lemaitre（他拿到的，是1954年的诺贝尔物理奖），他的身份，除了天体物理学家，也是天主教牧师。1927年他观测到银河系的扩张，并通过计算证明了这一点。

结论收到同时代的爱因斯坦的嘲笑。爱因斯坦的原话是，您算的都对，但是，您的物理知识，实在是糟糕的很恐怖啊（Your calculations are correct, but your physics is atrocious）！

Lemaitre把他推算出的宇宙起源点称为，Primeval Atom，这也是the Big Bang Theory的真正起源。

爱因斯坦后来当然承认了自己的错误，对Lemaitre1933年在加州的报告之后带头鼓掌，评价是，This is the most beautiful and satisfactory explanation of creation to which I have ever listened。回忆这段经历，爱因斯坦说，这是我生命中最蠢驴得一件事。

嗯，敢错。敢认。

The Big Bang Theory最受质疑的一点是，什么叫“在此之前什么都没有”？什么是singularity（奇点）？这只蛋，到底是哪里生出来的？

Poplawski的理论是，我们的宇宙，产生于一个黑洞，它会聚集能量（物质），进一步生成一个超密度的种子（随时可能explodieren）的核，这颗种子处的时间空间如此变形以至于完全静止。

银河系和黑洞的关系是，共生。

寻找宇宙的源头，变成寻找宇宙中的黑洞。

黑洞很可怕？如同吸尘器，会把周边的东西吸进去？包括我们人类本身？

不是的。黑洞没有“吸”的能力。

简单来说，黑洞可以理解成占空间非常非常小的物质，含有非常非常大的质量，它的特点是，由于引力场的作用，不会有光，或者其他任何信息从黑洞中出来，所有靠近黑洞的物质，将会停留在那里。

黑洞理论也是爱因斯坦的广义相对论的一个推理。

爱因斯坦说，时空由于其中物质和引力场的存在，是可以弯曲的。如果再加其他的物质进来，将会造成这种弯曲下的波动。

而黑洞，由于其质量大到无穷，不仅会形成时空的弯曲，甚至真的会产生一个洞，而光，在试图穿透黑洞的引力场中会失去能量。

按照Poplawski的理论，宇宙中可以生成按大小不同的四类黑洞，从小到不可见，到大到以数十亿M计算。

按照原有的黑洞理论的数学模型，所有的物质将会收敛到一个点（极限），也就是宇宙诞生的奇点（singularity）。作为物理学家，Poplawski不同意的，恰恰是这个singularity的存在，也就是说，他不同意物理上能达到这个奇点。

他的观点是，由于物质在黑洞周围是旋转运动的，这种旋转产生与重力相反的力，它会阻止奇点的出现，换句话说，可以无限接近，但是永远不会达到奇点。

这个现象，被称为Torsion。这种讨论方式，是学数学和学物理经常互相嘲笑的一点，一派说，你看你看，我总能找到，不就是绣花针？另一派呢，（也许背着手）扯，你永远到不了我这个点。

而一个新的宇宙的出现，Poplawski说，不是因为达到那个奇点，是因为Torsion，差不多可以理解成从那个奇点周围再绕出去，爆发，形成一个新的universe。

如果Poplawski的理论是对的，那么，我们到目前为止，教科书上的理论，就是错的。

这没关系，物理界最前沿的理论，很多时候，5，6年要重新修正一下的。

科学可以自傲的，是够open。