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16000億億億億億億億倍 這輩子或許只有在宇宙身上看到這種數字了

說起大爆炸,人人所知,但是大爆炸具體發生了什麼呢?這就要扯到目前主流的被廣泛接受的宇宙學理論-----暴漲理論。

所謂的暴漲理論,指在宇宙大爆炸發生後在一段時間(10-36 秒~10-32秒之間)里,宇宙以非常大的指數爆炸增長速率膨脹,在暴漲結束後,宇宙繼續膨脹,但是膨脹速度則小得多。

這個指數爆炸的程度到底有多猛呢?有個耳熟能詳的例子可以很好地說明。

有一天,國王派人寫了一張告示貼在大街上。告示的大意是:國王酷愛下棋,天下百姓不分貴賤,誰能在棋桌上贏過國王,國王願意重獎,甚至讓位於勝者。結果有位乞丐模樣的人路過此地,看完告示後,當即表示願意與國王比賽下棋,原來他是位家鄉受水災後迫不得已逃荒出來的窮秀才。

棋過三步,秀才的棋藝開始顯露,國王漸漸招架不住。一個時辰過去,國王連輸三盤,謙和地說:「這位秀才的棋術果然不凡,我甘拜下風。請問:你想要我獎勵什麼東西呢?是金銀財寶,還是土地城池?」國王連輸三盤,謙和地說:「這位秀才的棋術果然不凡,我甘拜下風。請問:你想要我獎勵什麼東西呢?是金銀財寶,還是土地城池?」

秀才笑了笑,答道:「我一不要錢財,二不要土地,只需獎我一些麥粒,以救故鄉災民百姓的生命足矣!」

國王說:「那你打算要多少麥粒呢?」

秀才指了指棋盤說:「這張棋盤共有64個格,請你在第一格內放1個麥粒,依次下去,每一格內放的麥粒數是前一格的2倍,一直放滿棋盤的64個格。陛下,您就把這些麥粒獎給我吧!」

國王看了看桌子上的棋盤,心想:這還不簡單嗎?便立即吩咐手下招辦,但他很快就高興不起來了,因為他驚愕地發現就算把全國所有糧倉里的麥子都拿來,也無法填滿這個乞丐的棋盤。倉庫里的麥子很快運光了,後來又用金銀財寶頂替,結果,64格棋盤還沒有按乞丐的要求「填滿」。

那麼這個乞丐的胃口有多大呢?他總共想要所需麥粒總數為:(2+2^2+2^3+……+2^64 =18446744073709551615)換言之約1844億億粒麥子,這些麥子的總質量能達到368萬億噸,相當於目前全球小麥總產量的52萬多倍。打個比方,如果造一個倉庫來放這些麥子,倉庫高4公尺,寬10公尺,那麼倉庫的長度就等於地球到太陽的距離的兩倍,換句話說,即使這個國王能控制今天地球上所有的小麥產地,他也要花超過五十多萬年,才能把他欠這個乞丐的債全部還清。

僅僅64格棋盤已經讓國王望而卻步,那麼我們的宇宙暴漲理論,到底誇張到什麼地步呢?

答案是至少200格。也就是說,在創生後遠遠不足1秒鐘的時間裡,宇宙的總體積一下就膨脹了16000億億億億億億億倍。這恐怕是一個你在現實生活中永遠也不會聽到的數字,16000後連續有7個億!相當於兩個人在一座兩層高的小樓,一眨眼間小樓就變得和整個銀河系一樣大!兩個人的距離瞬間擴大到以光年計算,簡直難以想像!

那麼我們再來講講發現這個暴漲理論的牛人。

1977年,美國康奈爾大學物理系來了一個籍籍無名的粒子物理學家。他沒什麼成就,再加上運氣差,一直沒能在一所研究型大學裡找到助理教授的職位。無奈之下,他只好跑到康奈爾大學做他的第三期博士後。這個不得志的博士後就是暴脹學派的創始人阿蘭·古斯。

有趣的是,古斯剛開始並沒有打算研究宇宙學,但是他在康奈爾遇到了改變他人生的一名中國人,這人也是一個同病相憐的第三期博士後,他是一個華人,名叫戴自海,戴自海一直勸古斯一起做宇宙學,到後來,古斯看到宇宙學開始崛起,便開始轉戰宇宙學。但是在研究過程中,戴自海卻跑回中國參加了一個為期一個半月的學術會議,這是中國科學史上時機最差的學術會議,沒有之一,而正是在兩人分開後的這段時期,古斯做出了宇宙學歷史上最重大的突破之一。等老戴重新回到康奈爾的時候,古斯已經離開康奈爾去了斯坦福,兩人的合作也就此終止。

1979年12月,正在斯坦福大學工作的古斯形成了有關暴漲的思想,認為宇宙在極早期(大約10-35秒到10-33秒)經歷了一個短期的加速膨脹階段,並發現視界問題和觀測不到磁單極的問題都能夠通過暴漲得以解決。他把這個思想稱為「驚人的悟覺」。暴漲思想一經提出就在宇宙學界引起巨大轟動,古斯也因此被聘為麻省理工學院物理系的客座副教授。1981年古斯正式發表了他的第一個暴漲模型,6月轉為正式副教授。(可惜了,老戴)

古斯由於對暴漲的研究而獲得1996年的愛丁頓獎章和2002年的狄拉克獎章,已經是美國國家科學院成員,被《新聞周刊》評為「25位最優秀的美國創新者」之一,並被《科學文摘》雜誌評為「100位40歲以下最傑出的科學家」之一。(再次為老戴可惜)

那麼我們再來講講這個暴漲理論。

暴漲理論解決了兩個大問題:平坦性問題和視界問題。

所謂平坦性問題,舉例說明,桌子表面是平坦的,皮球表面是彎曲的,這兩個表面都是二維的。由於我們是從三維世界看二維,所以可以很直觀地判斷這些二維物體到底是平坦還是彎曲。但如果換成是一隻生活在二維空間的小螞蟻,它該如何判斷自己所處的空間到底是平坦還是彎曲呢?這就是所謂的平坦性問題。

視界問題,就簡單了,目前的天文觀測表明,在足夠大的尺度上,宇宙中物質分布地特別均勻,以致於到處看起來都一模一樣,因此問題來了:為什麼宇宙會這麼均勻,以致於到處看起來都一樣?

而暴漲理論搞定了這倆。

平坦性:假如給你一顆小玻璃球,你可以很快判斷出它並不平坦。現在把這顆玻璃球變得和地球一樣大,你還能很快判斷出它並不平坦嗎?事實上,我們每天生活在地球上,根本察覺不到大地其實是球形的。這意味著,半徑越大的圓球,它的彎曲程度就越小。暴脹迅速放大了整個宇宙的尺寸,從而把宇宙創生之初的空間彎曲給抹平了。

視界:比如前面在小樓里的兩個人,他們在小樓下寫下一篇完全一樣的論文,導師認為他們作弊,但是他們相距光年距離,是怎麼做到的?暴漲理論通俗解釋是後來暴脹使空間本身發生了極速的膨脹,從而讓這兩個人一下就相距了光年距離——但其實在一開始,他們就已經完成了信息的交流。

從1980年由阿蘭·固斯提出暴漲理論起,該理論已經被科學界廣泛接受。但是仍然有許多專家表達出反對的聲音,認為暴漲理論缺乏實踐檢驗和經驗支撐。但是科學是不斷在發展,未來或許真有新的理論替代,畢竟宇宙的神秘不僅僅如此。。。。。


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