宇宙之我見

人們把空間分為三維，又把時間定為一維，合起來稱四維時空。但是，時間和空間有什么關系?它們的結合點又在哪里?基于哈勃現象，人們描畫了一幅物質“爆炸”出來的宇宙圖景，認為這就是宇宙的誕生過程。難道物質從空間中某個點以爆炸形式產生就是宇宙誕生的全過程嗎?這種觀點實際上是默認了宇宙存在于空間中。就像物質存在于宇宙中一樣，都是忽視了空間，忽視了時間。

空間并不是一無所有的代表，空間是一種實實在在的東西。有了它，實物質和能場才有了展示它們的舞臺。空間是活的，它永遠按自身的規律不斷成長。空間的增生率與宇宙絕對時間兩者之間有著特定的對應關系，這種關系就是空間和時間的結合點。由于空間的不斷生長，才有了我們今天的宇宙。哈勃現象就是空間不斷生長在一定范圍里和一定時間內所產生的現象。由此，我們才可以推定宇宙誕生的初期，也就是所謂的“宇宙的大爆炸起源”。所以，我們討論空間就離不開時間，時空是一體的。

大約在200億年前，在物理空間還不存在的時候，只有一個奇點，它具有極大的能量。由于當時還沒有空間，所以包括引力場在內的任何輻射場均不存在。因而，“外界”無法感知到奇點的存在。就在某一時刻(這也是時間的起點，宇宙的零時刻)，由于某種原因，奇點的約束態平衡被破壞。于是，它像某種受精機制那樣，從那一瞬起，原始空間因子從奇點里產生出來，并由此一變二，二變四——空間因子急劇增生。

空間是由無數個緊密排列在一起的空間因子組成的，空間因子極其小(比普通基本粒子小得多)。它們的生長點就在這些空間因子的結合處，因此任何一部分空間都有相當多的生長點。新的空間因子隨機地在這些生長點上產生出來。這種過程也像生物的生長一樣，屬于一種膨脹性生長。它也可以說成是一種爆炸，但爆炸中心不是一個，而是無數個，且層出不窮。

隨著新空間不斷從舊空間里生出來，宇宙年齡也隨之增大。而奇點里無比巨大的能量也同時以某種場的形式，均衡地注入到剛生成的全部物理空間內。空間一下子成了巨能的載體，它具有極高的能量密度，溫度也極其高。在宇宙的這段最初時期里，新誕生的物理空間里有些什么，能以什么形態存在，我們尚無法做出推測，但卻可以肯定實物質還未出現。我們把宇宙誕生時的這個時期叫做初始宇宙。宇宙的初始時期可能短暫到只有10^-23秒，尺寸和電子的大小相當。

由于空間的不斷擴大，溫度也開始下降。當宇宙歷時約0．3秒時，溫度已下降到10¹⁶K左右。這時，自由夸克出現了，并充滿了當時空間的各處。我們稱這個時期的宇宙為宇宙的自由夸克時期。自由夸克的出現，表示能量已經以實物質的形式出現在物理空間內。

宇宙的能量密度隨空間的增大而減小，溫度也隨體積的增大而降低。當溫度下降到3×10¹⁴K以下時(這時宇宙年齡在數秒至數十秒)，自由夸克逐漸被幽禁在一個個核子大小的空間范圍內，并形成了以核子為主的多種類型的基本粒子。這樣，宇宙便進入到另一個時期，即宇宙的核子時期。

這以后，宇宙空間里的各類正反粒子間發生了湮滅，靜能被極大地釋放出來，光輻射開始出現。一方面，光輻射加熱了宇宙物質，緩和了宇宙因空間增大而使溫度下降的趨勢；另一方面，光子間的碰撞又產生了無數成對的粒子。就這樣，湮滅過程持續了十多萬秒，直到空間溫度低于所有強子的閾溫度，這一湮滅過程才告結束。這一過程使宇宙中占現有核子總數約10⁹倍的核子都湮滅了，只留下了唯一一種較穩定的中性正物質粒子——中子。這部分中子因為宇宙缺少同樣多的反中子而不能被湮滅，才幸存了下來，日后構成了今日宇宙的各種可見物質。隨后，充滿宇宙的極強電磁輻射又不斷產生出許多電子對，這些電子對與光子間的散射保持著物質與輻射間的熱平衡。與此同時，自由中子還與電子對等參與了下列過程：

中子+正電子=質子+反中微子

質子+電子=中子+中微子

當溫度下降到電子的閾溫度以下時，電子對除了參與上述過程產生中微子以外，剩下的全部都湮滅掉了。沒有了電子對做媒介，那種類似于原子核內的中子衰變的弱作用過程，便在這一階段上停止了。

另外，還有一個過程也在這一期間進行著，那就是自由中子與產生出來的質子發生碰撞(因為這時宇宙尺度還不很大，只有幾十萬秒，溫度又很高，約10⁹K～10¹⁰K)，使得自由中子和質子通過核力緊密結合起來，變得絕對穩定。這種結構的物質主要就是氘核。當溫度低于10⁹K以后，宇宙中所有自由中子除了已與質子結合成氘核的以外，都變成質子了。宇宙就是這樣，花了六十多年時間打造出了構成我們今日宇宙的基礎物質。

上述自由中子是宇宙早期由于某種不確定的原因而留下的，于是就有了中子，進而又有了質子、電子，并因此組成了各種元素，也就有了我們宇宙的物質世界。而宇宙中質子數加中子數依然等于原重子數，符合重子數守恒法則；質子總電荷加電子總電荷也正好等于零，保持了凈電荷數為零；電子輕子數加反中微子輕子數也應該等于零，只是反中微子不易探測到。同時，它也符合我們宇宙從整體上講是正物質的、電中性的這一特征。

以上就是宇宙在進入核子期以后一段時期發生的主要過程。而在這些過程結束后，宇宙實物質的總質量也只有總輻射質量的數十萬分之一，所以我們把這段時期稱為宇宙的光子時期。這期間，宇宙就像一個不斷長大、又不斷變色的光球，從極強的電磁輻射、x射線、紫外線輻射球變成了可見光光球——輻射能量不斷隨宇宙變大而下降。當宇宙年齡在數十萬年時，宇宙進入到一個輻射質量和物質質量相等的轉折期，從那以后物質開始再次成為宇宙空間的主角。

再經過幾千萬年，當宇宙的溫度降為幾千攝氏度后，原子開始形成。它們隨著空間的增大，漸漸彌散開來，分布越來越廣；空間也隨之越來越冷，越來越暗，同時，空間增長率也越來越低。漸漸地，在一定范圍內萬有引力對物質分布的影響逐漸占了上風。

在宇宙年齡為10億年的階段，空間溫度不到100K，電中性的粒子如氫原子和重氫原子等本來是均勻散布在空間里，做著速度不大的無規則的熱運動。由于幾率原因，重氫的分布在某個時段、某個小的范圍里變密了一些，而萬有引力又使該部分物質的分布密度有了進一步加大的趨勢，并進而形成模糊的物質團。許多距離較近的物質團開始互相吸引、靠攏并發生軟碰撞，合并成更大團塊。而各物質團中的較重粒子(氘、氚等)，則掉進其公共中心，使物質團有了一個密度較大的核心。于是，這種脆弱的熱平衡就輕易地被萬有引力打破了，這使得混沌轉變成有序。物質富集現象就這樣愈演愈烈了，久而久之，在宇宙中形成了諸多隱約的物質“島”。在萬有引力作用下的物質在各區域內的重新集結，不僅富集了物質本身，也富集了物質的動能、角動量等。于是，在區域內物質溫度再次升高，物質團內壓力重新變大并開始旋轉起來，終于導致了熱核反應發生。

最初的熱核反應主要是由氘核生成氦核的核物理過程。它可能發生在類星體中心或超大星體核心(其內溫度可達10⁹K)，反應產生的高能甚至可使其中心物質一簇簇向外噴射出去，或發生猛烈爆炸。類星體解體后，產生了第一代恒星。第一代恒星大多壽命都很短(個頭較大)，其晚年爆炸解體后，由其殘體重新集結，經過吸積、碰撞等過程，產生出第二代恒星。第二代恒星大多是一個個天體家族，我們的太陽系就是其中之一。第一、二代恒星上主要進行的是燃燒氫的熱核過程，并主要由光輻射和中微子將其能量帶走。

第一代恒星在生命結束的剎那帶給了我們許多豐富的化學元素(包括許多較重元素)，所以，現在宇宙才有可能產生出各種有機物，包括能建造生命的物質，最后在一定條件下孕育出生命。生命通過進化不斷完善自己，并導致高智商生物物種出現，DNA就是物質演化從無序到有序的精彩之作。

最后，我說說我不想去描述的宇宙末日的圖景：宇宙進入晚年后，將有越來越多的恒星因衰老而死亡，并有相當數量轉變成黑洞，那時宇宙空間將變得千瘡百孔。一方面，這些黑洞除了吞進其周圍的物質外(包括吸進中微子)，還在其質量增大到一定程度后，又開始吞噬其周圍的空間，使黑洞質量迅速變大，進而又加大了其吞噬空間和吸入物質的能力；另一方面，黑洞與相鄰的黑洞因互相吸引，導致它們之間的空間減少而靠近、融合。如此下去，愈演愈烈，黑洞越來越大，空間不斷萎縮。最后，空間急劇坍縮。一切都和宇宙誕生時基本相反，空間沒有了，時間也畫上了休止符，所有信息都化為烏有。宇宙就這樣消失了，留下的依然是一個不穩定的、不確定的、蘊藏著極大能量的奇點。