2017年9月28日 星期四

大霹靂的起點,那個singularity不是一個(單一的奇)點

Singularity 常被翻譯成奇點,其實 singularity 指的是某個物理量極限不存在的現象。更常被用到的地方是幾何流形或空間上某個點,物理量趨近無窮大的現象。

大霹靂起點也出現 singular 的現象,這時說有某個區域有 singularity ,指的是在時間大約 t0 = 10^-45 秒時,所有物理量都趨近無窮大,或嚴格講,物理量大到我們已知的理論無法處理的現象。

在 t0 之後,我們才有「可以描述物理現象的模型」,那時時空已經存在,物理學家目前還是無法描述 t0 之前的物理,也不清楚,我們現在認知的「時、空」是怎麼產生,是什麼時候產生的。
即使如此, t0 時的模型,是植基於量子力學、廣義相對論是正確下所寫下的「量子重力」模型。我們卻是還不知道如何處理量子力學和廣義相對論的矛盾,有進展但是沒有大家都滿意的結論。套句李登輝的話,目前的量子重力理論,我們「不滿意、只能勉強接受」。

時間的起點是來自量子重力理論的幾個作用常數,G、hc,反應的是科學家能夠處理的時間極限,或者空間尺度的極限

現在理論的能量極限是普朗克能量~10^19 GeV~10^32 K,有趣的是,1960年發現宇宙微波背景輻射時,人類的高能極限是核融合反應的溫度~1 MeV~10^10K,相去不止十萬八千公里。

t0 那個時間點,時空和所有能量都同時一起出現。嚴格講,科學家手上沒有任何工具可以描述更早或更小的時空。

科學家講的尺度,不是整個空間很小,而是經緯線縮擠成一堆的現象。想像宇宙像一顆有經緯線的地球儀,經緯線間的距離,可以想像成宇宙的尺度 R,越早經緯線越靠近,但是 t0 時的相對結構和現在都一模一樣,只不過地球儀越來越小而已。

 t0 時,宇宙所有地方,所有物理量都趨近無窮大。數學家會說那裡無法分析,但是物理學家如果也這樣說就會失業。

原因很簡單,科學家所知道的物理,在很多面向都會出現無窮大的現象,只能硬著頭皮面對,設法理出一個頭緒,賦予看似無窮大的物理量,其間相對的物理意義。

總之,宇宙初始時的無窮大,不是出現在一個小點上,而是全宇宙都一樣無窮大。管你患貧還是患不均,那裡都不是不貧,也不是不均。

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