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“宇宙是不时发生的事情之一。”

这句话取自美国科学家爱德华·特赖恩1973年发表的一篇科学文章。今天几乎没有人记得这个名字。即使在科学界也是如此。尽管特赖恩是第一个用科学方法认真思考宇宙起源的人。

宇宙是如何起源的？

这是真实的。但大众所熟知的大爆炸理论，科学上称为 Lambda CDM 模型，是描述宇宙演化的宇宙学模型。它讲述了第一个基本粒子的形成，第一个原子是如何从这些粒子中产生的，第一个恒星是如何产生的，等等。也就是说，关于基本物理现象以及它们在非常年轻的宇宙的极端条件下如何表现。

大爆炸模型很好地描述了我们的现代宇宙是如何从 138 亿年前极其稠密且极其炎热的初始状态演化而来的。

但它没有提到宇宙本身是如何形成的！

这实际上是一个基本问题：宇宙为何存在？它存在的事实是显而易见的，天文学和宇宙学很好地描述了它的工作原理以及内部发生的情况。但为什么它会在那里呢？为什么有一些东西而不只是一个伟大的无？

当然，这是一个深刻的哲学问题。世界上所有的宗教都以这样或那样的方式遭遇过它。而这个问题却长期被科学所忽视。或不。“被忽视”是一个错误的术语。科学根本无法对此做出任何有意义的陈述。所以他没有这样做。

但原则上没有理由不从科学的角度思考这类问题。否则，研究就不会成功。

放眼全球

此人于 1940 年 9 月 4 日出生于美国特雷霍特。他在康奈尔大学学习物理学。后来，他在诺贝尔奖获得者史蒂夫·温伯格的指导下于加州大学获得博士学位。

温伯格不仅是粒子物理标准模型的联合创始人之一，而且还致力于宇宙学研究。因此，特赖恩也思考了宇宙中大大小小的事物之间的联系也就不足为奇了。因为这是你在处理宇宙的起源和演化时首先需要知道的。

今天的宇宙很大。但在她还小的时候。比可以想象的最小物体小得多。如果我们想了解它的起源，我们将不可避免地必须处理粒子物理学和量子力学的现象。

当谈到像宇宙本身的起源这样抽象的东西时，两个基本问题与所有其他问题一起出现。首先，能量守恒定律。为什么从“无”突然出现“有”？所有已知的科学定律都表明“某物”不可能“就这样”出现。第二：如果只是“无”，那么“无”有什么理由变成“有”呢？

因此，如果我们想解释宇宙到底是如何诞生的，那么我们就会遇到因果关系的问题。即因果关系。还有守恒定律。

现在我们正在逐渐接近真空涨落。这句话是由爱德华·特赖恩首先使用的，引起了同事们的笑声。

真空波动

在英国宇宙学家丹尼斯·夏马演讲的间隙，特赖恩突然丢下了下面这句话：“宇宙可能是真空涨落。” 周围的人都以为这是一个笑话。直到后来才发现，特赖恩说得很认真。

1973年，他在《自然》杂志上发表了题为《宇宙是真空涨落吗？》的文章。著名宇宙学家艾伦·古斯为理解宇宙中发生的最初过程做出了重大贡献，他称特赖恩的声明和随后的文章“可能是关于宇宙起源的第一个科学想法”。

今天让我们尝试更详细地讨论这个问题，并了解这个神秘的“真空涨落”是什么。

我们都非常清楚，真空什么都不是。第一个问题出现了——这种情况怎么可能没有波动或改变呢？这一切听起来非常矛盾。然而，如果我们谈论的是量子力学，那么就无法避免这种看似矛盾的现象。

在文本的更高一点处，我们记得不可能简单地从“无”创建“有”。但在量子力学中却不然。那里很有可能。特赖恩在他的论文中写道：“在量子电动力学中，电子、正电子和光子可以从真空中自发产生。当这种情况发生时，这三个粒子会存在一段时间，然后湮灭，不留任何痕迹。”

在我们继续之前，我想警告你们，我的朋友们：真空涨落是非常复杂的。

一切都非常困难

特赖恩所描述的并不完全是今天所理解的真空涨落。我们谈论的是虚拟粒子，以及许多可以用来说明真实或虚拟粒子存在的数学。

但由于大多数受人尊敬的读者并不具备特殊知识，因此在本文的框架中，我们将仅限于任何公民从量子力学中知道的内容：粒子可以“像那样”出现。

量子力学主要涉及统计和概率。例如，没有人能够准确地说出某个特定粒子在某个时间点所在的位置，只能计算它位于某个位置的概率。

对于真空来说，事情也不是那么简单。事实上，它不仅是空的，而且充满了并非“虚无”的量子场。同时它们也不是“某种东西”。相反，它是“某事”的潜力。但这是一个非常简单的描述。最重要的是，量子场是粒子可以自发产生的地方。也就是说，从“无”到“有”的问题正是可以这样解决。

但我们仍然存在节能问题。宇宙充满能量。据我们所知，所有这些能量不可能凭空而来。

但聪明的特赖​恩也想到了这一点。

负能量

所有的质量、所有的恒星、星系和宇宙中的其他一切都代表着巨大的能量。但在这种情况下，所有这些物体之间作用的引力可以被解释为一种负能量。

或许你可以通过这个比较来形象地理解这一点：如果我携带一个蒸汽暖气片到高层建筑的22层，那么我将不得不消耗一些能量。因为我正在通过地球引力场移动电池，而这种引力不想“放开”电池。我爬得越高，我们的电池“充电”的势能就越多。也就是说，电池本身不会变重。然而，如果你把它从一楼或二十二楼扔下来，那么它形成的漏斗的差异就会很明显。

躺在地上的电池势能为零。她只是躺在那里，如果你想让她做一些有用的事情，她就需要转移能量。

现在让我们挖一个洞。我们会把电池扔在那里。现在它将具有负势能。而你必须消耗能量才能将其提升到零水平，即地球表面。

但这仅适用于地球表面，因为在本例中我们设置了某个“零水平”。但我们也可以考虑两个物体之间的引力相互作用实际上为零的情况。也就是说，它们彼此相距无限远。

简而言之，引力能的实际零水平在我们头顶无限远的地方。如果你这样想的话，那么这种情况下的所有物体都具有负重力势能。或者换句话说：重力可以被认为是负能量。

特赖恩相信这种负能量可能会平衡整个宇宙质量的正能量。

之前发生了什么？

当然，实际上，一切都要复杂得多。上面写的是非常严重的简化。另外，自 1973 年以来还发现了一些新事物。

量子力学得到了更好的理解。诸如暗能量等现象被发现了，这也是对引力的一种反作用力等等。

但特赖恩的基本假设保持不变。宇宙可能只是真空的波动。它可能会“就这样”突然出现。

不过，这个问题至今仍未得到最终解决。因为人们会问：好吧，让我们说吧。但如果宇宙“只是”真空中的振荡，那么这个真空是什么？他从哪里来？

这个问题没有答案。也许永远不会有。无论我们找到什么起点来解释我们的存在，我们都会并且必须始终问自己在它之前发生了什么。在这里，没有“之前”或任何“开始”的说法根本没有帮助。

因为我们无法想象任何事物都没有“之前”。我们的大脑可能根本无法以解决这个问题的方式进行思考。

特赖恩的开创性努力并没有取得多大成就。他的工作很长一段时间都被忽视。只是随着时间的推移，当对所有这些奇怪现象有了更好的数学理解时，真空波动发生的问题才开始受到更加认真的对待。

尽管如此，这位科学家的名字并没有广为人知，尽管他当之无愧。特赖恩于 2019 年 12 月 11 日去世，《纽约时报》发表的讣告除了透露他的学术背景和自 1973 年以来的工作之外，几乎没有透露任何内容。

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