為什麼大爆炸的速度能超過光速?


有可能宇宙暴漲速度就是量子糾纏速度,所以宇宙大爆炸速度超光速。

1965年,兩個美國工程師彭齊亞斯和威爾遜在給天線除雜訊的時候,發現了一種無處不在的雜訊,跟大爆炸理論預言的微波的特徵非常吻合。科學家認為他們發現的正是大爆炸的遺迹——宇宙的微波背景輻射。於是,他們在1978年分享了諾貝爾物理學獎。

大爆炸中的基本粒子和高溫起源於一次爆發力更強、時間更短暫的加速膨脹過程——暴脹(inflation)。暴脹發生在大爆炸之前,確切地說,暴脹發生在宇宙誕生後的10^(-35)秒至10^(-33)秒之間,在這麼短暫的時間裡,整個宇宙的尺寸膨脹了10^26倍。比如,某一塊宇宙的區域在暴脹前的尺寸是一個原子核的大小,即10^(-15)米。暴脹之後,這個區域的大小就變成了10^11米,也就是1億千米,接近地球到太陽的距離了。宇宙暴脹時,確實是超光速的,但並不違反相對論,因為量子糾纏的速度與光速完全是兩個不同的概念。宇宙剛誕生時,空間比光能夠跑出的範圍更大,這叫做視界疑難。

當今的物理學家,越來越相信時空本身就是量子糾纏的結果。目前為止,已經有人成功推導出了愛因斯坦方程即等效原理,這為時空動力學以及時空幾何可以從糾纏量子比特中生成提供了證據。如上圖:獨立粒子(點狀)與其他粒子相互糾纏。這些糾纏對又與其他糾纏對相互之間糾纏。隨著更多粒子之間糾纏,時空的三維結構也就生成了。

在宇宙誕生的那一時刻,一旦物質粒子產生(實際上真空中不停的產生各種成對的物質粒子,但很快又湮滅了),新生的粒子就會自動與同源的粒子進行糾纏,以求達到整體性平衡狀態,這個過程就是時空誕生的過程。這些糾纏對又與其他糾纏對相互之間糾纏。隨著更多粒子之間糾纏,時空的三維結構也就生成了。宇宙奇點就是源於一次偶然的成對的物質粒子誕生,再將新粒子糾纏起來,形成了糾纏時空網,宇宙誕生了。可以說宇宙大爆炸之前的那段暴漲時期的宇宙膨脹並不像吹一個氣球那樣,而是通過糾纏形成了時空網路。宇宙是由於連鎖激發形成的糾纏時空網,宇宙並不是像氣球那樣膨脹,倒有點像北方冬天窗戶上的冰花的生長。

R·布倫特·塔利是夏威夷大學的天文學家,他在過去的40年里一直致力於測量星系的距離和繪製它們在空間中的分布和運動。塔利與里昂大學的埃萊娜·M·庫爾圖瓦以及他們的同事分別於2008年和2013年發布了Cosmicflows目錄和Cosmicflows-2目錄,第一次目錄記錄了距銀河系1.3億光年範圍內1800個星系的詳細動力學信息,第二次目錄則記錄了6.5億光年範圍內的8000個星系的運動,要知道,銀河系只是其中一個星系。而塔利和其合夥團隊給出的結果是宇宙的結構其實像立體的蒲公英或者羽毛,我們只在其中的一角。


相對論的準確說法是能量和信息沒有辦法超光速傳遞。也就是說,一個物質無論如何加速都是不會超過光速的。但是這並不包括宇宙膨脹的速度,因為那是空間本身在擴大,這是可以超過光速的宇宙膨脹是空間的膨脹,也就是距離本身在變大。我們可以舉一個例子,有一隻螞蟻,它每天都需要完成一個工作,需要從一根懸空的繩子上走過,從一邊移動到另一邊。這隻螞蟻也很有規律,在繩子上爬行的速度始終都不改變。不過它沒有發現,它每天走的這根繩子其實是一根橡皮筋。

有一天當它再次走的時候,這個皮筋被一點一點地拉長了。如果這個時候在另一邊一隻螞蟻觀察它的話,就會發現它移動的速度變快了。因為既有螞蟻行走的速度,又有皮筋拉長的速度,兩個加起來當如速度就快了。不過對於這隻螞蟻呢?它並沒有感覺到自己的速度有變快,反而走過這根繩子的時間變得比以前更長了。

宇宙膨脹就是這個樣子,空間就像是這根皮筋,螞蟻就是宇宙中的光線。光線本身的速度並沒有增加,但是從外人來看,光線的速度變快了,超過了光速。但是對於光線本身,它卻沒有覺得自己變快,反而覺得從宇宙的一邊到另外一邊要花更久的時間。

我們的宇宙就是這個樣子,空間本身膨脹的速度超過了光速,所以才會出現了138億年的時間,卻膨脹地超過了460億光年。

為什麼460億光年是一個界限,在460億光年以外的任何景象我們都是看不到的。那是因為距離我們越遠的宇宙,膨脹的速度越快。460億光年就是一個界限,只要超過這個界限,宇宙空間的膨脹速度就超過光速了。也就是說即使站在那裡不動,在空間的帶動下也會超過光速移動的。這個時候我們就沒有辦法看到它上面照射來的光線了。就像是那根皮筋,拉長的速度已經超過了螞蟻返回的速度,這隻螞蟻就永遠也不會回到自己的窩了。


就像是一團海綿,用手握住,體積小,但是有張力,當鬆開手棉花恢復原狀,相對靜止,體積變大,是受到力的作用,爆炸的能量傳遞速度遠遠大於光速,當宇宙從一個無到有的過程,能量是沒有質量的,當它作用到物體的時候受到物體的限制,只作用了部分能量,也就是說一塊拳頭大小的物體要加速到光速,首先他的能量要求要克服空間力量的限制,這個能量人類目前造不出來,超光速之後也發現不了。


大爆炸這個理論是不顧及「爆炸」之前,也不顧及「爆炸」之來由的,但它也是一個理論,因為理論這兩個字不難讀寫說。

要用到爆炸也可以,就理解成一無所有的虛空中大規模地出現量子活動,就像有事物從未知中爆炸出來一樣。


大爆炸超過光速的是空間的膨脹,而不是物體的運動。相對論認為物理的運動速度不能拆過光速,但對空間膨脹的速度是沒有限制的,現在的宇宙中,發現離我們很遠的星系退星速度超過光速,也是因為空間本身在膨脹。


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