科普 宇宙、地球和生命的进化:时间的1000个瞬间   》 第3节:二、时间零点(2)      Lin Weimin

  我们不知道,也无法想象是哪一次、哪一个量子涨落最终影响了宇宙"奇点"的状态,将它完全解放出来。但是我们知道,在140亿年前的某一刻,奇点和它的虚无崩溃了,宇宙从虚无中创生了,简单地说,宇宙"无中生有"了。
  2.自组织
  仅仅依靠量子涨落并不能形成奇点爆炸。量子涨落无时无刻不在进行,但是决定宇宙形成的那次量子涨落却在恰当的时间赶上了恰当的自组织行为。可以说,是量子涨落和自组织这两个我们仅仅发现不过百年的物理学规律,揭示了宇宙创生的秘密。
  有一句很经典的描述自组织的话:"亚平宁半岛上一只蝴蝶翅膀的扇动,可能导致遥远太平洋深处的一场风暴。" 自组织最初研究的是简单形态耗散结构的自组织现象。所谓简单形态耗散结构,就是由大量相同或类似的组成粒子均匀分布构成的系统,例如一团空气、一瓶清水都可以认为是简单形态耗散结构。
  关于简单形态耗散结构的自组织现象有一个著名的实验,称为"伯纳对流花样"。把盛于一平底容器中的液体从底部均匀加热,温度较小时没有对流,热量仅靠传导方式传递。当温度增加到某一特定值时,对流突然发生了,并形成很有规则的对流花样。有趣的是,从上往下俯视时,这些花样很多呈现规则的正六角形,这就是"伯纳对流花样"。在这种对流中,中心液体往上流,边缘液体往下流,呈现一种很有规则秩序的动态结构。对流开始前是一种稳定态,温度达到特定值时,原稳定态丧失稳定性,从而出现新条件下的新稳定态,这个失稳点叫作临界点。从分子角度看,临界点之前的稳定态相对于临界点之后的稳定态是混乱无序的,在临界点上发生有序程度的突变,这种突变是自发进行的,因此称为自组织现象。
  伯纳实验证明,自然界本身就有自我组织的能力。一个耗散结构,只靠与环境交换物质和能量,并无谁来发号施令,系统就能自我组织和自我完善,进化成更加有序的新系统。
  依靠自组织,宇宙从一片荒漠中开始形成。构成宇宙最初的基本粒子-光子、电子、轻子和由它们组成的原子-就在这一时刻开始出现。这些基本粒子再经过自组织形成构成宇宙最基本的那些元素。
  但是这里有一个问题,我们知道,物理学有一个最基本的原理"能量守恒定律",这个原理告诉我们,没有任何能量形式,包括物质形式(在物理学中,物质形式也是能量形式的一种存在方式)能够凭空产生。能量只能转化,不能凭空产生。因此,物理学家预言,为了能量平衡,宇宙在创生之初,当能量出现时,一定有大小相同、性质相反的负能量出现。正能量出现多少,就一定存在多少负能量。同样,能量构成物质基本粒子时,也一定有相对的负粒子出现。这就是说,每存在一个正电子,一定相对存在一个负电子,每存在一个正质子,一定存在一个相对的反质子,这些正负能量和正反粒子维持了能量守恒的神圣不可侵犯。



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【Source】内蒙古人民出版社
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第5节:二、时间零点(4)第6节:二、时间零点(5)第7节:三、物质形成(1)第8节:三、物质形成(2)
第9节:三、物质形成(3)第10节:三、物质形成(4)第11节:三、物质形成(5)第12节:三、物质形成(6)
第13节:三、物质形成(7)第14节:三、物质形成(8)第15节:三、物质形成(9)第16节:三、物质形成(10)
第17节:三、物质形成(11)第18节:一、恒星(1)第19节:一、恒星(2)第20节:一、恒星(3)
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