- 科學能解釋萬物的起源嗎？
- 迄今為止提出的所有描述宇宙起源的模型都使用量子力學思想來理解時間的開始。
- 這些模型中的第一個提出，宇宙來自量子真空的能量波動——產生一切的量子蛋
- 也許整個宇宙是真空波動的結果，起源於我們所謂的量子虛無
科學能弄清楚宇宙是如何形成的嗎？由喬治·伽莫夫（George Gamow）、拉爾夫·阿爾弗（Ralph Alpher）和羅伯特·赫爾曼（Robert Herman）開發的大爆炸模型重建了宇宙從「爆炸」後大約萬分之一秒一到第一個氫原子形成的歷史以及宇宙大約 40 萬年齡時光子的解耦。最後一個過程產生了宇宙微波背景輻射，它於1965年被發現。
原有物理學的崩潰
在它的嬰兒期，宇宙充滿了基本粒子和輻射的原始湯，所有這些都在激烈地碰撞。這張早期宇宙的照片取得了驚人的成功，促使物理學家將他們的模型推向儘可能遠的時間。但他們能達到多遠？科學模型離起源有多近？他們能否一直走到 t = 0，即一切的開始？或者當我們接近原點時，時間流逝的概念是否失去了意義？
這是一個古老的問題，一種哲學有時稱之為第一因。如果萬物真的突然開始，一個宇宙在過去的某個時刻變成了它自己，那它一定是由於一個沒有原因的原因——一個不能在其他任何事情之前出現的原因。宇宙起源的任何模型都使用既定的物理定律並將它們置於物理學的概念框架內。科學不可避免地用某物來描述事物，而這個某物假定了物質基質的存在。換句話說，要看到什麼東西孵化，我們需要從一個雞蛋開始，問題是這個雞蛋從哪裡來。 很容易陷入無休止的倒退，這個問題被著名地表述為「烏龜一路下滑」。
因此，為宇宙的起源建立一個可行的模型並沒有解決這個宇宙為什麼以它的方式運行的問題。科學當然為自然界的運作提供了許多答案，但我們不應忽視它的局限性。為什麼有東西而不是沒有東西的問題應該激勵我們所有人謙遜。
從數學上講，將任何傳統宇宙學模型外推到時間 t = 0 會導致我們所說的奇點。物質密度變得無窮大，時空曲率變得無窮大，任意兩個觀察者之間的距離趨於零。這聽起來可能令人不安，但不要太認真地對待奇點的存在。它標誌著廣義相對論和我們所知的物理學在宇宙存在的最初時刻普遍存在的極端條件下崩潰。從本質上講，奇點表明我們對這些非常高的能量尺度的物理學一無所知。這裡還需要別的東西，想法比比皆是。其中最有前途的是廣義相對論和量子力學的結合。
早期宇宙中的量子模糊性
量子力學最顯著的影響是物質的內在模糊性，它在原子和亞原子距離上表現出來。接近大爆炸奇點時，整個宇宙的幾何結構將由量子力學處理，因此，空間和時間的概念變得模糊。量子力學可能會使奇點變得模糊，從而削弱奇點的銳度。
已經有很多嘗試將愛因斯坦的廣義相對論與量子力學結合起來，但到目前為止，他們的希望遠遠超過了他們的成功。此刻，理論物理學中一些最優秀的頭腦正忙於讓這兩種理論聯繫起來。正如從事該領域工作的所有作者都應該同意的那樣，任何了解奇點附近物理條件的主張都必須受到大量懷疑。然而，我們向前推進。我們必須設法至少獲得一些關於主導宇宙起源的特殊物理學的信息。
1973 年，的愛德華·特賴恩 (Edward Tryon)提出了一個開創性的想法，即如何將量子力學應用於宇宙的起源。Tryon 提出，量子模糊性不僅發生在測量位置和速度時，也適用於能量和時間的測量。Tryon 提出，在極小的世界中，即使宇宙的淨能量為零，也有可能在很短的時間內 違反能量守恆定律。
這並不像看起來那麼瘋狂。想像一個撞球靜靜地躺在地上。如果它不動，它就沒有動能。如果我們從頭開始測量重力勢能，它也沒有勢能。球處於零能量狀態。現在把球變成電子。根據海森堡的測不準原理，我們不能在定位電子的同時告訴它速度。電子固有的模糊性禁止這樣做。
「無」充滿可能性
因此，在量子力學中，不存在零能態。系統只有最低可能的能量狀態，即基態。現在，如果系統的能量存在固有的不確定性，那麼基態的能量就會波動。如果我們稱這種基態為量子真空，那麼量子真空總是具有某種結構。完全空無意義上的真正真空是不存在的。量子力學禁止虛無。
如果量子真空中存在能量漲落，就會發生非常有趣的事情。例如，E = mc 2關係告訴我們能量和物質是可以相互轉換的。真空能量波動可以轉化為物質粒子。聽起來怪怪的？也許吧，但它一直在發生。這些粒子被稱為虛粒子，在重新陷入永遠繁忙的量子真空之前，它們存在的時間稍縱即逝。
特賴恩將量子漲落的想法外推到整個宇宙。他推斷，如果存在的只是一個量子真空，那麼這個真空中的氣泡狀能量波動可能會產生宇宙。特賴恩提出，整個宇宙是真空漲落的結果，起源於我們所謂的量子虛無。
特賴恩的提議屬於有開始但無中生有的宇宙類別。然而，這裡的虛無，以及遵循 Tryon 鼓舞人心的想法的所有其他量子創造宇宙的例子，必須從量子力學的虛無的角度來理解，而不是從轉化為完全空虛的絕對虛無中理解。在物理學中，你根本無法無中生有。無中生有不是自然之道。