宇宙的起源

宇宙起源探謎：一個西西弗斯神話    這是一本英國人約翰•巴羅寫的科普著作，有關於宇宙誕生的最新的探索，涉及到宇宙大爆炸、奇點、時間的起點、基本粒子、宇宙暴漲模型和蟲洞理論等，值得一讀。    宇宙從何而來？宇宙如何誕生？宇宙向何處去？最終結局如何？這些宇宙終極問題千百年來一直困擾着人類，令無數哲人和科學家冥思苦想，孜孜以求。    本書引用了尼爾斯·斯廷森的一首詩“所見者美也，所明者甚美也，世間所未名者，美之大成也。”意即儘管我們看見的、聽見的和明白的道理都可以是美的，但未明瞭的宇宙起源之謎纔是美之集大成者，乃世間之大美！    作者認爲“真正的宇宙是一種複雜度遠超於我們想象的存在。”不識廬山真面目，只緣生在此山中。宇宙的複雜度在於我們人類永遠無法窺其全貌；永遠只知其一，不知其二；永遠跳不出三界！    閱讀本書的最大收穫是我對不可知論的堅信，這是一種由赫胥黎提出的哲學理論，它否認徹底認識世界的可能性。很贊同本書作者的觀點：“無論是單一的大爆炸創世，還是量子創世，關於宇宙從何以及爲何誕生，我們都無從得知。”我以爲，不可知論實在是高深莫測的科學理論：世間的一切，什麼都是可知的，唯有宇宙創世不可知！這是宇宙最大的謎底，也是宇宙的偉大與神祕之處！    一旦宇宙創世的天機泄露，人類就像摘掉緊箍咒的孫悟空，那自喻爲齊天大聖的猴子，哪還有一絲一毫的敬畏感！這世界不就像皇帝的新衣，裸奔了嗎？假如你一出生就知道自己的每一天每一刻，人生還有意思嗎？神祕宇宙的不可知性與人類（人生）的不確定性，是世界的兩大魅力之所在！    正如作者所言“也許有一天，我們能夠揭示可見宇宙鄰居的起源，但永遠無法得知整個宇宙的起源。宇宙最深的祕密將永遠埋藏在宇宙的最深處”。    這讓我想起了著名的古希臘神話，那個每天不斷將大石頭推上山坡的西西弗斯。無論科學家發現了多少宇宙之謎，無論提出了多少宇宙創世模型，也無論獲得了“哈勃紅移“”和“宇宙背景輻射”等多少證據，人類永遠無法徹底揭開宇宙的起源之謎，就像那西西弗斯永遠無法將巨石推上山頂一樣！    這是人類的遺憾，也是人類的幸運！       （2020年12月2日）

回答現代宇宙學家必須面對的終極問題，用簡明扼要的文字詳述宇宙誕生的奧祕，一本人人讀得懂的宇宙學科普著作。所有你關心的宇宙學話題：宇宙大爆炸、時間的起點、宇宙的基本粒子、宇宙探測、新的宇宙研究視角、各類宇宙模型（宇宙的構成、靜態宇宙模型、循環宇宙模型、恆穩態宇宙模型、膨脹宇宙模型）……都可以在本書中找到！

一本輕量又幹貨滿滿的宇宙入門科普。褪去晦澀公式，把宇宙起源、演化與各類前沿假說娓娓道來，字裏行間滿是對星海的敬畏，讀完豁然讀懂萬物從何而來。

本書的大部分都在討論宇宙膨脹的理論，各種理論，雖然看得雲裏霧裏的，普遍認同的是：我們的宇宙從大爆炸開始，直到現在還一直在膨脹……遙遠的星體之間越離越遠；除了在引力的作用下混在一起的那些星體，比如太陽和它的九大行星，比如地球和它的月亮，它們相互依存，地老天荒…… 宇宙到底從哪兒來？有各種傳說+宗教，但科學認爲，它來源於最初的一個微塵：密度無限大，溫度無限高，體積無限小，沒有時間沒有空間，就是這個神奇的“小不點兒”，在那一剎那的機緣巧合下，炸裂了，在千億分之一秒內，形成了最初的宇宙。 但是這個微塵又是從哪兒來的？是從無到有，之前是徹底的虛空，也是在某種奇異的時機，碰巧就形成了這粒微塵…… 又想起老祖宗那句：無極生太極，太極生八卦，而後衍生萬物；還有道德經那句：道生一，一生二，二生三，三生萬物…… 看來“無中生有”是真的～

這是一本科普著作，有關於宇宙誕生的最新的探索，涉及到宇宙大爆炸、奇點、時間的起點、基本粒子、宇宙暴漲模型和蟲洞理論等，值得一讀。

回答現代宇宙學家必須面對的終極問題，用簡明扼要的文字詳述宇宙誕生的奧祕。 所有你關心的宇宙學話題：宇宙大爆炸、時間的起點、宇宙的基本粒子、宇宙探測、新的宇宙研究視角、各類宇宙模型（宇宙的構成、靜態宇宙模型、循環宇宙模型、恆穩態宇宙模型、膨脹宇宙模型）……都可以在本書中找到！

#科學大師書系：宇宙的起源 The Origin of the Universe 關於宇宙起源，當前的研究主要集中在大爆炸發生後1秒之內發生的事，因爲此時驅動宇宙演化的四種基本力已經成形，3分鐘內大爆炸核聚變也已結束，產生了氫氦鋰基本元素。理論計算與實際觀測結果高度吻合。 關於宇宙和人，宇宙學上有一句很浪漫的話：“我們每個人都來自星星”，而且很可能來自不止一顆星星。大爆炸只產生了氫氦鋰三種基本元素，而恆星這個核聚變熔爐則製造了元素週期表上其他元素，並超新星爆發的形式將其拋射出來。這樣當太陽系這個第二代恆星系形成時，第一代恆星的部分星塵就製造了地球，使其有足夠的原料來演化出生命。 根據熱力學第二定律，宇宙熵在持續增大，最終宇宙將達到“熱寂”這種死亡狀態。本書不認同這種悲觀的未來，認爲還存在其他尚未發現的低熵形式，這就有點像美國政府債務上限，在接近臨界點時，可以時不時上調一下。 最後一個令人印象深刻的是，本書提到地球不僅不是神創論者認爲的“宇宙中心”，甚至構成地球的物質——這些由質子、中子和電子構成的普通物質——都不是宇宙的主體成份，因爲還有我們尚不瞭解的暗物質和暗能量。

湛廬文化“科學大師”套裝（全四冊） 保羅·戴維斯 理查德·利基 理查德·道金斯 約翰·巴羅 19個想法 ◆ 序言 >> 首先假設支配地球運轉的法則，然後將其推廣到整個宇宙的尺度上，直到某人發現這個法則並不適用，再對其進行調整。 ◆ 1 膨脹中的宇宙 >> 光也是一種波，當光源遠離觀察者時，光波頻率降低，這意味着被觀察的可見光顏色會微微變紅，這種現象被稱爲“紅移”。當光源靠近觀察者時，接收頻率增高，可見光的顏色則變藍，這種現象被稱爲“藍移”。 >> 光源距離地球越遠，遠離的速度就越快。這一趨勢被稱爲“哈勃定律” >> 宇宙膨脹之初也有一個臨界啓動速度，如果膨脹的速度超過該值，那麼宇宙中所有物質的引力將無法阻止膨脹，並且宇宙將永遠膨脹下去。相反，如果膨脹速度小於臨界值，膨脹將停止併發生逆轉，最終收縮到尺寸爲零的狀態，也就是它的初始狀態。 >> 開放的宇宙在一定程度上是無限的，並且會永遠膨脹下去；封閉的宇宙是有限的，並將收縮到“大坍縮”狀態。兩者間的分界是臨界的宇宙，在這種情況下，宇宙無限大且永遠保持膨脹的狀態。 >> 比臨界啓動速度膨脹得更快的宇宙永遠無法產生恆星，從而也永遠無法產生能夠進化出複雜“生命體”所需的基本元素，而這些元素是人類或者硅基計算機所必需的。同樣，如果宇宙膨脹的速度遠低於臨界啓動速度，它的膨脹將會逆轉爲坍縮狀態，恆星便沒有足夠的時間成形、爆發以及創造生物的組成元素，這樣的宇宙便無法產生生命。 >> 我們能夠從以上分析中獲得一個令人驚訝的結論：只有那些在數十上百億年後仍然以非常接近臨界啓動速度膨脹的宇宙，才能產生足夠多的物質，從而形成足以進化出智慧生命的複雜聚合結構（見圖1-5） ◆ 2 設想中的多種宇宙模型 >> 宇宙常數”的項放入廣義相對論中，便可以建立他想要的模型，其中，斥力正好抵消了引力。這就是我們所熟知的愛因斯坦靜態宇宙（Einstein static universe）模型（見圖2-1） ◆ 4 宇宙的暴脹和粒子物理學家 >> 研究基本粒子的物理學家開始將4種基礎的自然力（引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力）納入某種統一的理論之下 強核力是作用於強子之間的力，是目前所知的四種宇宙間基本作用力中最強的，也是作用距離最短的（大約在 10^(-15)～10^(-10) m 範圍內）。最早研究的強相互作用是核子（質子或中子）之間的核力，它是使核子結合成原子核的作用。自1947年發現與核子作用的π介子以後，實驗陸續發現了幾百種有強相互作用的粒子，這些粒子統稱爲強子。強核力是作用於強子之間的力，是目前所知的四種宇宙間基本作用力中最強的，也是作用距離最短的（大約在 10^(-15)～10^(-10) m 範圍內）。最早研究的強相互作用是核子（質子或中子）之間的核力，它是使核子結合成原子核的作用。自1947年發現與核子作用的π介子以後，實驗陸續發現了幾百種有強相互作用的粒子，這些粒子統稱爲強子。 >強相互作用力 弱相互作用（又稱弱力或弱核力）是自然的四種基本力中的一種，其餘三種爲強核力、電磁力及萬有引力。次原子粒子的放射性衰變就是由它引起的，恆星中一種叫氫聚變的過程也是由它啓動的。弱相互作用會影響所有費米子，即所有自旋爲半奇數的粒子。 在粒子物理學的標準模型中，弱相互作用的理論指出，它是由W及Z玻色子的交換（即發射及吸收）所引起的，由於弱力是由玻色子的發射（或吸收）所造成的，所以它是一種非接觸力。這種發射中最有名的是β衰變，它是放射性的一種表現。重的粒子性質不穩定，由於Z及W玻色子比質子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距離非常短。這種相互作用叫做“弱”，是因爲β衰變發生的概率比強相互作用低很多，表示它的一般強度比電磁及強核力弱好幾個數量級。大部分粒子在一段時間後，都會通過弱相互作用衰變。弱相互作用有一種獨一無二的特性——那就是夸克味變——其他相互作用做不到這一點。另外，它還會破壞宇稱對稱及CP對稱。夸克的味變使得夸克能夠在六種“味”之間互換。弱相互作用（又稱弱力或弱核力）是自然的四種基本力中的一種，其餘三種爲強核力、電磁力及萬有引力。次原子粒子的放射性衰變就是由它引起的，恆星中一種叫氫聚變的過程也是由它啓動的。弱相互作用會影響所有費米子，即所有自旋爲半奇數的粒子。 在粒子物理學的標準模型中，弱相互作用的理論指出，它是由W及Z玻色子的交換（即發射及吸收）所引起的，由於弱力是由玻色子的發射（或吸收）所造成的，所以它是一種非接觸力。這種發射中最有名的是β衰變，它是放射性的一種表現。重的粒子性質不穩定，由於Z及W玻色子比質子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距離非常短。這種相互作用叫做“弱”，是因爲β衰變發生的概率比強相互作用低很多，表示它的一般強度比電磁及強核力弱好幾個數量級。大部分粒子在一段時間後，都會通過弱相互作用衰變。弱相互作用有一種獨一無二的特性——那就是夸克味變——其他相互作用做不到這一點。另外，它還會破壞宇稱對稱及CP對稱。夸克的味變使得夸克能夠在六種“味”之間互換。 >弱相互作用力 >> 可見宇宙的定義是，自宇宙開始膨脹以來，光能夠到達地球的一個球形區域。當前這個球體的半徑是3×1027厘米。 ◆ 5 暴脹和COBE衛星 >> 引力不穩定性的過程逐漸將不太均勻的物質分佈轉變成密度不斷增大的聚合式分佈。 >> 聚集物內部組成物所產生的內引力和一致運動產生的外壓力之間形成一種平衡，從而形成了穩定的物質島嶼。 ◆ 6 時間——一段簡短的歷史 超驗在經院哲學中，意爲經驗界限之外的。德文超驗 (transzendent) 在康德的哲學中，同“內在”相對，意爲超出一切可能的經驗之上，非人的認識能力可以達到。感覺之外的物質世界“自在之物”是客觀存在的，它作用於人們的感官而產生感覺；但是人們通過感覺只能認識到它的現象而不可能是其本體。 >超驗 ◆ 7 步入迷宮 後面兩個章節徹底懵圈，需要補課。 >> 這些不變的方面被稱作“自然常數”，諸如引力的強度、基本物質粒子的質量、電荷和磁力的強度以及真空中的光速等，它們都有着自己的固定值，如果有些固定值不能用自然常數來表示，我們就稱其爲“基本常數”。大多數數值都能夠用非常精確的方式進行測量。 >> 一個有蟲洞連接自身的宇宙提出這種精巧理論的目的主要有兩個。第一，物理學家想要修補我們對當前宇宙的認識，從而發掘新的事物以解釋自然界的未解之謎。第二個目的更加具體。存在於普朗克時間（10-43秒）前後的時空狀態是量子不確定性主導的湍流泡沫（turbulent foam），蟲洞的直徑相當於光在這段時間（10-43秒）走過的距離（大約10-33厘米），這類大小的蟲洞的存在，很可能是空間無序互聯狀態的結果。 >> 最簡單的蟲洞連接類型，即蟲洞只連接一個嬰兒宇宙。這種簡化方式被稱爲“稀薄蟲洞近似”（dilute wormhole approximation），因爲這種方法同描述普通氣體行爲時採用的簡化假設“稀薄氣體近似”相似。稀薄氣體近似的前提是，氣體分子在兩次碰撞之間的運動時間比碰撞過程中的時間長得多。當條件發生改變時，比如，當氣體凝結成液體時，這種行爲就更具有互動性。而稀薄蟲洞近似是對嬰兒宇宙之間的相互作用所做的簡化，這種簡化假設，蟲洞只連接大面積的平滑區域，並且蟲洞不會分裂成兩個通道或者與其他蟲洞連接

《宇宙的起源》由約翰·巴羅撰寫，是一本深入淺出的宇宙學科普著作，翻譯尚可，需要具備高中物理知識基礎，因爲講述得非常簡略概要。書中結合現代宇宙學、粒子物理學、相對論和量子力學等理論，逐步揭示宇宙的起源和演化過程。同時也指出了許多未解之謎，如起源問題、多種宇宙模型、奇點問題、暗物質以及時間本質等，這些都是未來宇宙學研究的重要方向。 當前宇宙處於持續膨脹狀態。通過觀察星系發出的光譜紅移現象，科學家發現距離地球越遠的星系，遠離地球的速度越快。這種距離與速度的關係被稱爲"哈勃定律"。不過，銀河系和星系團本身並不膨脹，只有更大尺度的星系團之間才表現出膨脹特徵。 宇宙的膨脹速度接近一個臨界值。如果速度超過臨界值，宇宙將永遠膨脹；如果低於臨界值，最終會收縮。目前宇宙的膨脹速度與臨界值非常接近，這種精確程度令人驚訝。 20世紀30年代，勒梅特提出"原始原子"理論，這是大爆炸理論的雛形。40年代末，伽莫夫三人組預言存在宇宙微波背景輻射。1965年，這種輻射被彭齊亞斯和威爾遜意外發現，成爲支持大爆炸理論的重要證據。 宇宙最初的一秒內發生了關鍵變化。在這段時間裏，基本力分離，形成了今天的四種基本力。質子和中子開始形成，並在隨後的幾分鐘內通過核聚變形成了最輕的元素，並固定了氫和氦的丰度。 1979年，古斯提出宇宙暴脹理論。這個理論認爲宇宙在極早期經歷了一個急劇膨脹階段。暴脹理論解釋了宇宙的均勻性和磁單極子問題。它還預測了宇宙中存在大量暗物質。目前的觀測表明，普通物質只佔宇宙總質能的4%，其餘是暗物質(23%)和暗能量(73%)。暗物質通過引力影響星系運動，暗能量則驅動宇宙加速膨脹。這些神祕成分的本質仍是現代宇宙學的重大謎題。 我們通常用事物變化的方式來定義時間。但關於時間的本質，物理學家有不同觀點。牛頓認爲時間獨立於物質世界。愛因斯坦則認爲時間與空間構成統一的時空，其性質受物質分佈影響。在量子宇宙學中，霍金和哈特爾提出"無邊界條件"，認爲在宇宙最初期，時間可能表現爲空間的一個維度；在普朗克時間之後，宇宙的演化以越來越精確的方式沿着經典路徑運行，因而時間特性在量子效應中躍遷出來。

推薦。約翰.巴羅的《宇宙的起源》讀起來太過癮了，極棒的科普小冊子，通俗易懂。 這本書把宇宙學和粒子物理的關係講得很清楚了。由於楊振寧先生反對造對撞機，國內輿論有個傾向，好像搞粒子物理是亂花錢的蛋疼試驗。實際上，不把很多粒子問題搞清楚，就很難把我們宇宙的前世今生搞明白，而粒子的很多問題還真得靠撞來撞去。我們有那麼多錢，搞搞對撞機也是可以的，不能太功利。 這幾次諾貝爾物理獎跟天體物理和宇宙學有關，像這次彭羅斯獲獎，竊以爲跟大一統的夢想多少有關。無論是證明愛因斯坦的廣義相對論，還是突破廣義相對論，找到更牛逼的大一統理論，從宇宙學去突破貌似可能方向。 這本書跟其他宇宙學科普讀物不同，他寫到了令人困惑的宇宙常量問題。這些宇宙常量大小偏差一點點，原子分子世界就會大不同，尤其是碳原子多寡將發生劇變，從而影響到生命體的孕育。從目前理論來說，這些宇宙常量有利於目前宇宙狀態存在，是非常小概率問題，但它的確發生了。所以作者說，莫非有“神”在。