宇宙的起源與演化

27/27關(guān)于宇宙起源與演化的調(diào)研報(bào)告

目錄一．宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型 3（一）背景知識(shí) 3（二）標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型 3（三）宇宙大爆炸理論 7（四）標(biāo)準(zhǔn)模型的成就 8（五）宇宙密度的測(cè)定 10（六）標(biāo)準(zhǔn)模型的困難 10二．暴脹理論 12（一）真空有能量嗎？ 12（二）標(biāo)量場(chǎng)的自作用 12（三）真空相變 12（四）暴脹的產(chǎn)生 13（五）三個(gè)疑難的解決 14（六）暴脹理論的現(xiàn)狀和將來的發(fā)展方向 14三．量子宇宙學(xué) 16（一）背景知識(shí) 16（二）宇宙路徑積分 16（三）虛時(shí)間 17（四）宇宙自足解 18（五）人則原理 19（六）小結(jié) 20四．古代對(duì)于宇宙起源的認(rèn)識(shí) 21（一）圣經(jīng) 21（二）古代印度 22（三）古代埃及 22（四）古代中國(guó) 23（五）量子宇宙理論與中國(guó)古代哲學(xué) 24一．宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型（一）背景知識(shí)宇宙學(xué)原理宇宙物質(zhì)在空間上是均勻分布和各項(xiàng)同性的。這里的均勻是一個(gè)宏觀觀念，我們已經(jīng)知道在星系團(tuán)和超新星系團(tuán)的尺度以下宇宙物質(zhì)的分布是結(jié)團(tuán)的。因此這里的均勻性和各項(xiàng)同性是一個(gè)宇觀概念。宇宙學(xué)原理表明宇宙中任一點(diǎn)和任一方向都不可能用任一物理量來區(qū)分，即所有的位置和方向都是平等的。引力場(chǎng)方程（1.1）為宇宙常數(shù)，最初Einstein在建立靜態(tài)宇宙模型時(shí)為了使得宇宙保持靜態(tài)而引入的一個(gè)常數(shù)。自然單位制一個(gè)完整的單位制要包括四個(gè)基本量。普通單位制取長(zhǎng)度、時(shí)間、質(zhì)量和溫度。在宇宙學(xué)中為了方便常用自然單位制，。自然單位制把光速c，普朗克常數(shù)h，玻爾茲曼常數(shù)k作為基本量,并規(guī)定為1，此外把能量也作為基本量，單位規(guī)定為1GeV。在自然單位制中能量，質(zhì)量和溫度有相同的的單位，壓強(qiáng)和密度有相同的單位，時(shí)間和長(zhǎng)度有相同的單位。（二）標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型1.Robertson-Walker度規(guī)從幾何學(xué)上講，度規(guī)是描述空間（時(shí)空）是否彎曲以及如何彎曲的的基本量。廣義相對(duì)論則論述了時(shí)空彎曲狀況是引力場(chǎng)的體現(xiàn)。這樣度規(guī)成了描述引力場(chǎng)分布的物理量。根據(jù)宇宙學(xué)原理，在宇觀上，宇宙時(shí)一片充滿全空間的均勻介質(zhì)。這樣由它產(chǎn)生的引力（度規(guī)）場(chǎng)也自然應(yīng)當(dāng)是均勻和各向同性的。正是這兩方面的要求，把度規(guī)的一般形式限定的的很簡(jiǎn)單。雖然我們?cè)谟钪嬷械奈恢脹]有特殊性，但為研究方便，依然把坐標(biāo)原點(diǎn)取在銀河系。其他質(zhì)元（星系）的位置由廣義相對(duì)論的球坐標(biāo)來表示。這里用的是隨體坐標(biāo)，意即在宇宙運(yùn)動(dòng)（膨脹和收縮）中，每一坐標(biāo)的r是不變的。它與我們的距離變化將由尺度因子R（t）來描述。這樣，利用純用數(shù)學(xué)可證明，四維距離的平方總能寫成（2.1）Friedman方程（宇宙動(dòng)力學(xué)方程）把宇宙的Robertson-Walker度規(guī)帶入Einstein場(chǎng)方程，在適當(dāng)?shù)恼砗?，得出兩個(gè)常微分方程如下：（2.2）（2.3）定義那么以上三式可寫作：（2.4）（2.5）取，得出兩個(gè)常微分方程如下（2.6）（2.7）我們有了兩個(gè)是獨(dú)立方程，可是涉及未知函數(shù)三個(gè)，如果引入介質(zhì)的物態(tài)方程，我們就有了三個(gè)獨(dú)立的方程。介質(zhì)方程宇宙介質(zhì)的組分可粗分為實(shí)物和輻射兩大類。實(shí)物指其密度主要來自靜質(zhì)量的貢獻(xiàn)，而熱運(yùn)動(dòng)的部分可忽略。輻射指靜質(zhì)量為零（或可忽略）的物質(zhì)。其重要的代表就是光子氣體。對(duì)于實(shí)物因熱運(yùn)動(dòng)的速度遠(yuǎn)小于光速，所以對(duì)實(shí)物有于是可認(rèn)為P=0.可從式，解出（2.8）對(duì)于輻射熱平衡時(shí)于是可解出（2.9）以實(shí)物為主的宇宙，輻射對(duì)密度的貢獻(xiàn)可忽略；以輻射為主的宇宙，實(shí)物對(duì)密度的貢獻(xiàn)可忽略。在宇宙早期宇宙以輻射為主，但以輻射為主的宇宙只持續(xù)了很短的時(shí)間，隨后變?yōu)橐詫?shí)物為主的宇宙。目前的宇宙就是以實(shí)物為主。所以在研究宇宙年齡等問題時(shí)常忽略宇宙早期的那段時(shí)間。宇宙模型的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)首先我們先定義Hubble常數(shù)Hubble常數(shù)是關(guān)于宇宙時(shí)的常數(shù)，我們把當(dāng)前的Hubble常數(shù)記為。(2.10)我們?cè)僖?，，，?.10）式又可改寫為(2.11)于是有對(duì)于以實(shí)物為主的宇宙，我們有(2.11)(2.11),(2.4),(2.5)三方程聯(lián)立可得（2.12）由此得到的是所要R=R(t)的反函數(shù)形式它描寫了宇宙的膨脹過程。對(duì)于忽略宇宙常數(shù)的方程得（2.13）圖一由此可以做出R(t)—t的圖像，如圖一圖一，R(t)先增大后減小，宇宙先膨脹后收縮，宇宙是封閉的。，R(t)一直增大，宇宙一直膨脹；宇宙是開放的。，R(t)一直增大；宇宙一直膨脹；宇宙是平直的。對(duì)于不忽略的宇宙模型，若任意取值，宇宙的演化過程和上面可能有本質(zhì)的不同。不過人們已經(jīng)有一些觀測(cè)結(jié)果排除了為負(fù)或大于1的可能。在這個(gè)可能的范圍內(nèi)，宇宙的定性行為與的模型沒有實(shí)質(zhì)的區(qū)別。目前，有很多理論和實(shí)驗(yàn)證據(jù)都指向。即宇宙是膨脹的。要想進(jìn)一步確定宇宙是加速膨脹還是加速膨脹。我們定義減速因子q，所以q>0時(shí)，宇宙膨脹是減速的q<0時(shí)，宇宙膨脹是加速的q=0時(shí)，宇宙膨脹是勻速的易推出（2.14）因此要確定宇宙是加速還是減速關(guān)鍵在于確定的值。宇宙年齡的計(jì)算如果代入，到（2.12）或（2.13）便可得到現(xiàn)在的宇宙年齡。對(duì)于封閉的宇宙，由式還可算出兩次R=0之間的時(shí)間間隔，即宇宙壽命。根據(jù)同位素衰變的方法和天文學(xué)其他方法測(cè)得地球年齡大約為年，太陽系年齡約為年，銀河系年齡約為年，宇宙的年齡大約在150億年左右。（三）宇宙大爆炸理論大爆炸的概念1948年，Gamow以Friedman的膨脹宇宙模型為基礎(chǔ)。究了宇宙演化的早期，提出了被后人稱為“宇宙大爆炸”的理論。宇宙大爆炸的概念如下：星系只能是宇宙演化的產(chǎn)物宇宙的膨脹使星系在互相遠(yuǎn)離。今天星系的平均間距是星系自身大小的100倍不到。這樣引申出一個(gè)結(jié)論：當(dāng)宇宙的尺度因子比今天小2個(gè)量級(jí)時(shí)，星系的間距應(yīng)比星系本身的尺度還小。這是不可能的。那只能意味著那時(shí)的星系是不會(huì)存在的。所以，今天的一切天體在宇宙早期是不存在的。它們必是宇宙演化到一定程度的產(chǎn)物。星系形成前的宇宙介質(zhì)是普通氣體20世紀(jì)初，Jeans提出在各種天體形成前，宇宙介質(zhì)應(yīng)是一大片帶有微小密度起伏的均勻氣體，后來由于自引力不穩(wěn)定性，才把這種小的密度起伏演化成今天所看到的天體。早期宇宙的這一特性被微波背景輻射研究直接證實(shí)了，這實(shí)際上是宇宙學(xué)原理早期的體現(xiàn)。時(shí)間越早宇宙越熱宇宙膨脹過程中各部分氣體之間不會(huì)有熱量流動(dòng)，所以可以看做絕熱膨脹。隨著宇宙的絕熱膨脹，宇宙的會(huì)降溫。所以按時(shí)間反推回去，時(shí)間越早宇宙越熱。原子和分子是宇宙演化的產(chǎn)物分子的解離能遠(yuǎn)小于1eV，氫原子解離能則等于13.6eV，早期宇宙由于溫度較高，熱碰撞劇烈，熱碰撞將導(dǎo)致分子和原子的解離。那時(shí)整個(gè)宇宙將處于等離子體態(tài)，主要組分是原子核、自由電子和光子等?；瘜W(xué)元素是宇宙演化的產(chǎn)物每個(gè)核子在原子核中的結(jié)合能是1MeV，當(dāng)宇宙溫度超過1MeV時(shí)。熱碰撞會(huì)將原子核瓦解。這樣原子核就不存在了。宇宙氣體將有質(zhì)子、中子、電子、光子等組成。若把等離子態(tài)看做物質(zhì)的第四態(tài)，那么這應(yīng)是物質(zhì)的第五態(tài)。（四）標(biāo)準(zhǔn)模型的成就原初的核形成通過模擬宇宙早期核形成的過程，利用核物理的相關(guān)理論可以對(duì)各種核的產(chǎn)額做可靠的理論計(jì)算，進(jìn)一步我們需要做實(shí)測(cè)檢驗(yàn)。而今天距離核形成又演化了約150億年，這中間發(fā)生過許多恒星的形成和死亡，這個(gè)過程中會(huì)改變宇宙的化學(xué)組分。因此在我們需在實(shí)測(cè)值中扣除恒星演化的影響，再和理論值比較。這是個(gè)十分困難的任務(wù)，但是對(duì)于,人們已有了一種合理的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果擬合的很好。這表明標(biāo)準(zhǔn)模型是相當(dāng)成功的。另外，有一批科學(xué)家在致力于利用其它元素的原初豐度作全面的檢驗(yàn)。宇宙早期的粒子退耦和背景輻射通常講將宇宙早期的的氣體看做熱平衡的但是，為實(shí)現(xiàn)熱平衡必須有足夠頻繁的熱碰撞。當(dāng)宇宙年齡很短而膨脹又快時(shí)，若粒子碰撞率遠(yuǎn)超過宇宙膨脹率，那么氣體有足夠的時(shí)間維持熱平衡。但在宇宙早期，由于宇宙膨脹率超過了粒子碰撞率，粒子就會(huì)退出熱平衡，并進(jìn)一步完全失去碰撞的機(jī)會(huì)，這種狀態(tài)叫做粒子退耦合。退耦的中微子叫做背景中微子，退耦的光子叫做背景光子。它們?cè)诮裉煲廊淮嬖?，它們是早期宇宙留下的珍貴遺跡。如果天文觀測(cè)否定背景光子的存在，那將是對(duì)大爆炸理論的致命打擊；反之，若發(fā)現(xiàn)了背景光子那就是對(duì)理論的決定性支持。而背景光子的觀測(cè)性質(zhì)可應(yīng)由反應(yīng)早期宇宙的性質(zhì)決定。由于早期宇宙高度均勻，測(cè)到的背景光子應(yīng)高度各項(xiàng)同性。因?yàn)楸尘肮庾有纬汕昂芙咏鼰崞胶?，所以任一方向上觀測(cè)的輻射場(chǎng)的強(qiáng)度隨頻率的分布應(yīng)與黑體輻射的普朗克公式一致。理論上知道背景輻射形成時(shí)的溫度約是0.3eV,由于宇宙的膨脹，由于紅移，不同頻率的熱輻射光子按同樣的比例降低，等效于溫度下降，理論上上觀測(cè)到的溫度約為100K。由于銀河相對(duì)于均勻的宇宙介質(zhì)必有無序的運(yùn)動(dòng)，所以觀察者的運(yùn)動(dòng)也會(huì)引起多普勒運(yùn)動(dòng)，使得不同方向上測(cè)得溫度有小的差別。早期宇宙介質(zhì)應(yīng)當(dāng)有微小的密度起伏，這是通過自引力不穩(wěn)定性形成的星系的種子，因此所觀測(cè)到的背景光子的溫度也應(yīng)該有有一定起伏。1965年初，Penzias和Wilson首次觀察到，這種輻射相當(dāng)于絕對(duì)溫度在(2.5~4.5)K之間的黑體輻射，通常稱之為3K宇宙微波背景輻射。這一發(fā)現(xiàn)是人們開始認(rèn)真研究宇宙大爆炸模型的一個(gè)信號(hào)。如果說Hubble的發(fā)現(xiàn)開啟了探討宇宙整體時(shí)空結(jié)構(gòu)的大門，那么Penzias和Wilson的發(fā)現(xiàn)則開啟了探討宇宙整體物性演化的大門。兩人因此獲得1978年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。此后，許多人對(duì)宇宙微波背景輻射作了詳細(xì)的研究，上述背景輻射的性質(zhì)逐一被觀測(cè)證明。紅移與距離的關(guān)系對(duì)于測(cè)定了距離的星系，Hubble觀測(cè)和研究了它們的光譜，于1929年發(fā)現(xiàn)光譜線向紅端移動(dòng)，遙遠(yuǎn)的星系光譜線的波長(zhǎng)增長(zhǎng)，且紅移量Z與距離D,即（4.1）其中e是地球上的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定的某條譜線的波長(zhǎng)，是星系內(nèi)這條譜線波長(zhǎng)的觀測(cè)值，即紅移量Z描述的是同一原子放在星系內(nèi)與放在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)得的譜線波長(zhǎng)的相對(duì)差值，c是真空中光速式(4.1)就是著名的Hubble關(guān)系，它表明越遠(yuǎn)的星系光譜波長(zhǎng)越長(zhǎng)。根據(jù)多普勒效應(yīng)原理，紅移量Z與星體速度v的關(guān)系是（4.2）由此可得星體速度與距離的關(guān)系是, （4.3）該式也常稱為Hubble定律。但是Hubble定律作為經(jīng)驗(yàn)規(guī)律只在紅移Z很小時(shí)得到的。對(duì)于遠(yuǎn)的星系測(cè)量表明其光頻紅移會(huì)超過1。但這種情況下Hubble定律是不適用的。定性的講光譜的紅移來自宇宙的膨脹。它使星系向遠(yuǎn)離我們的方向移動(dòng)。但是定量結(jié)果卻與多普勒效應(yīng)不符，這是宇宙理論以廣義相對(duì)論為基礎(chǔ)的結(jié)果?？紤]廣義相對(duì)論，紅移與距離的結(jié)果如下（4.4）其中若采用的模型結(jié)果簡(jiǎn)化為（4.5）當(dāng)對(duì)紅移較小的星系把上述結(jié)果展成z的冪級(jí)數(shù)，略去二階及以上小量，就是Hubble定律的形式。圖三（五）宇宙密度的測(cè)定圖三圖二到20世紀(jì)90年代初，人們發(fā)現(xiàn)超新星對(duì)紅移較大的星系是好的距離指示器，由于超新星是罕見的天文現(xiàn)象，所以很難利用。一個(gè)以Perlmutter為首的小組和另一個(gè)以Leibundgut為首的小組開始了做超新星巡天的努力，以重新研究了距離-紅移關(guān)系對(duì)直線的偏離。他們都用Ia型超新星做距離指示器。經(jīng)過多年的積累，他們?cè)诩t移為0.3到0.8的范圍內(nèi)測(cè)定了好幾十個(gè)星系的距離。圖二圖二示出用42顆高紅移超新星巡天給出的Hubble圖。它發(fā)表于1998年。圖二中的縱軸相當(dāng)于光度距離。從圖上明顯看出距離與紅移的關(guān)系在大紅移處偏離了直線。有了這樣的觀測(cè)結(jié)果，就能用理論公式去擬合，從而把宇宙密度推定了。首先的嘗試是假定圖二上的三條實(shí)現(xiàn)從下至上依次代表的理論結(jié)果。他們發(fā)現(xiàn)，要得到最佳擬合，需要小于零，這是不可能的。這構(gòu)成了的有力證據(jù)。于是改用雙參量的理論公式（4.4）重新擬合。圖三在這兩個(gè)參兩平面上畫出了最佳擬合的置信度。由此看到的置信度在90%以上。若設(shè)最佳擬合值是圖三中用虛線畫出同一假設(shè)下的理論曲線由此推出宇宙的減速因子為所以今天的宇宙在加速膨脹。（六）標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型的困難1.奇點(diǎn)問題根據(jù)Einstein引力理論和宇宙學(xué)原理，以及Hubble定律，必然導(dǎo)致一個(gè)結(jié)論：宇宙必然存在一個(gè)內(nèi)稟的過去類空奇點(diǎn)（t=0,R=0）。在奇點(diǎn)處，溫度能量密度和物質(zhì)密度都等于無限大。這是沒有物理意義的2.視界問題由于光速是有限的，在年齡是有限的經(jīng)典宇宙中，不管客觀上本身為有限或無限，觀察者只有一個(gè)有限大的可觀測(cè)范圍，這個(gè)范圍的邊界稱為宇宙對(duì)觀察者的視界。經(jīng)推算對(duì)于早期宇宙對(duì)于后期宇宙在估算今天視界大小時(shí)，又可以把以輻射為主的早期忽略，再折中取宇宙年齡為150億年。計(jì)算出它僅比超星系團(tuán)或大空洞的線度大幾百倍。視界的概念除描述可觀測(cè)的范圍外，還反應(yīng)了宇宙可能有因果聯(lián)系的區(qū)域的大小。若兩個(gè)地方的固有距離超過視界值，它們之間不可能有任何的因果關(guān)系。然而宇宙學(xué)原理假定在同一時(shí)刻，一切地方的物質(zhì)密度都一樣若兩地點(diǎn)的固有距離超過視界范圍則就會(huì)產(chǎn)生矛盾。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型的理論推算，在宇宙早期，宇宙中有可能存在兩點(diǎn)的固有距離超過世界范圍，這就是視界疑難，也叫均勻性疑難。3.平直性問題根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型的推算極早期的宇宙已經(jīng)很平直了，而這又取決于現(xiàn)在的宇宙有極大的熵，為什么極及早期的宇宙已經(jīng)很平直了？或者說為什么現(xiàn)在的宇宙有這么大的熵？大爆炸宇宙模型給不出任何理由。這就是平直性問題，也叫熵疑難。此外還有磁單級(jí)問題等。但是，現(xiàn)在仍然是與觀察結(jié)果最相符的理論模型。二．暴脹理論（一）真空有能量嗎？——量子場(chǎng)論中的真空態(tài) 按量子場(chǎng)論，一切微觀物質(zhì)都以量子場(chǎng)的形式存在。當(dāng)場(chǎng)受到激發(fā)，我們才“看到”了場(chǎng)量子，質(zhì)子和電子等都是相應(yīng)場(chǎng)的量子。若場(chǎng)處于最低能態(tài)（基態(tài)），就是沒有相應(yīng)的粒子。因此一切量子場(chǎng)都處于基態(tài)時(shí)，我們看不到任何粒子，理論上把這一狀態(tài)叫真空態(tài)。這樣的真空中沒有粒子，但量子場(chǎng)本身依然存在并帶有能量，按此理解，真空已不再空無一物。（二）標(biāo)量場(chǎng)的自作用 粒子物理中，相互作用的統(tǒng)一借助對(duì)稱性的自發(fā)破缺而實(shí)現(xiàn)。用量子規(guī)范場(chǎng)的語言講，電磁場(chǎng)是一種規(guī)范場(chǎng)，與由U(1)群描述的內(nèi)部對(duì)稱性相聯(lián)系；弱電統(tǒng)一理論進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，弱作用和電磁作用可統(tǒng)一地用具有SU（2）⊙U(1)對(duì)稱的規(guī)范場(chǎng)來描寫。在弱電統(tǒng)一理論中，對(duì)稱性的自發(fā)破缺是靠一種帶自作用的標(biāo)量場(chǎng)φ來實(shí)現(xiàn)的，為定性說明，設(shè)其自作用勢(shì)有形式：V（φ）=λφ4—μφ2在這簡(jiǎn)化的例子中，φ?qǐng)鲇幸环N內(nèi)部對(duì)稱，即+φ與—φ互換不變。此時(shí)真空態(tài)是φ=+φ0或—φ0。研究低能現(xiàn)象時(shí)，過程的能量在V（φo）附近，兩種真空之間有勢(shì)壘相隔，+φ與—φ的互換對(duì)稱性消失，此即對(duì)稱性破缺的Higgs機(jī)制。對(duì)應(yīng)的φo場(chǎng)稱為Higgs場(chǎng)。弱電統(tǒng)一理論中的對(duì)稱概念遠(yuǎn)比這一例子要豐富，那里的對(duì)稱性自發(fā)破缺是部分地使對(duì)稱性得不到體現(xiàn)，而不是對(duì)稱性的全部消失。我們不需進(jìn)入細(xì)節(jié)。再結(jié)合上述例子，高能和低能的界限由φ=0處和φ=φo處的勢(shì)能之差標(biāo)志。對(duì)于弱電統(tǒng)一理論，這分界能量為102GeV。隨著高能物理的發(fā)展，該理論的許多預(yù)言已被充分證實(shí)。更進(jìn)一步，大統(tǒng)一理論把強(qiáng)作用與弱電作用統(tǒng)一為與一個(gè)更大的內(nèi)部對(duì)稱群（如SU（5））相聯(lián)系的規(guī)范場(chǎng)。運(yùn)用類似的概念，這個(gè)對(duì)稱群隨能量的降低而逐級(jí)地自發(fā)破缺。當(dāng)能量高過1015GeV，強(qiáng)、弱、電作用才能達(dá)成統(tǒng)一，不過，現(xiàn)代大加速器的能量只能達(dá)到103GeV，因此，該理論尚未得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。下面要討論的內(nèi)容與大統(tǒng)一作用的自發(fā)破缺有密切聯(lián)系。（三）真空相變 Higgs場(chǎng)φ在溫度為T時(shí)的平衡態(tài)由其自由能密度F(φ，T)決定。零溫的統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)就是純動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，沿用前面的簡(jiǎn)化例子，零溫φ?qǐng)龅淖杂赡苊芏菷（φ，0）就是它的自作用勢(shì)函數(shù)V(φ)。任意溫度下的F（φ，T）可由V（φ）出發(fā)，用量子統(tǒng)計(jì)方法算出。類似于粒子的平衡位置必使其勢(shì)能V（φ）取極小值，溫度為T的φ?qǐng)銎胶鈶B(tài)必使相應(yīng)溫度下的自由能密度F(φ，T)取極小，該狀態(tài)叫做溫度為T的真空態(tài)。 當(dāng)有如上述例子所示的自作用勢(shì)，可定性表示F(φ，T)隨T的變化。問題中有一特征溫度Tc，當(dāng)T>>Tc時(shí)，Higgs場(chǎng)的真空態(tài)為φ=0，該真空態(tài)已恢復(fù)原有對(duì)稱性（+φ與—φ互換不變），稱為對(duì)稱真空；T接近Tc時(shí)，自由能F開始在φ≠0處出現(xiàn)新的極小，但相對(duì)φ=0的真空其自由能較高，因此是亞穩(wěn)的假真空；T=Tc時(shí)，真假真空具有相同的自由能，即發(fā)生了真空簡(jiǎn)并，此為真空將發(fā)生相變前的臨界狀態(tài)；T<Tc時(shí)，φ≠0處的真空自由能繼續(xù)降低，成為真真空，而φ=0處的真空成為亞穩(wěn)的假真空，此時(shí)φ≠0處的真空已不再具有φ?qǐng)鲈瓚?yīng)具有的全部對(duì)稱性。這些結(jié)果使我們看到，從T>Tc到T<Tc的過程中，真空態(tài)要發(fā)生一次突變，這就是對(duì)稱性自發(fā)破缺引起的真空相變。 真空相變的臨界溫度Tc取決于所處理的問題。對(duì)破壞弱電統(tǒng)一的真空相變，Tc約為102GeV；對(duì)破壞大統(tǒng)一的真空相變，Tc將是1015GeV的量級(jí)，這時(shí)的真空相變將對(duì)宇宙膨脹產(chǎn)生極重大的影響。把T=0的對(duì)稱破缺真空規(guī)定為能量零點(diǎn)，則臨界真空態(tài)的能量密度ρvac≈Tc4.現(xiàn)在，將這一概念用于因膨脹而降溫的宇宙。 當(dāng)T開始小于Tc時(shí)，由于兩個(gè)真空態(tài)之間隔著很寬的勢(shì)壘，相變不會(huì)立即發(fā)生，但這不妨礙宇宙的繼續(xù)膨脹，從而氣體溫度持續(xù)降低。用統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的語言講，真空進(jìn)入過冷狀態(tài)。這時(shí)的真空能密度保持為ρvac≈Tc4,而這真空背景上的輻射氣體的能量密度卻按ρ≈T4的規(guī)律下降。因此當(dāng)T<<Tc時(shí)，宇宙總密度將主要來自真空的貢獻(xiàn)，氣體本身的密度貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)，這種局面將維持到真空相變實(shí)際發(fā)生的時(shí)刻。 隨后，借助量子隧道效應(yīng)，真空態(tài)貫穿勢(shì)壘發(fā)生相變，兩真空態(tài)之間的勢(shì)能差以潛熱的形式釋放出來，φ?qǐng)龅募僬婵辙D(zhuǎn)變?yōu)槠渌麍?chǎng)的能量，場(chǎng)的高度被激發(fā)產(chǎn)生大量場(chǎng)量子，達(dá)到熱平衡后，等于重新建立了高溫氣體。按能量守恒看，該氣體的溫度將大致與Tc相當(dāng)，宇宙被重加熱。完成重加熱后，真空能又遠(yuǎn)小于氣體能量，可被忽略，因而宇宙又恢復(fù)了以前以輻射為主的狀態(tài)。 設(shè)相變發(fā)生時(shí)的溫度為Th，我們即將討論的暴脹便發(fā)生在Th<T<Tc的過程內(nèi)。（四）暴脹的產(chǎn)生 略去曲率項(xiàng)，早期宇宙膨脹的動(dòng)力學(xué)方程形式為： （R’/R）2=8πGρ/3 其中ρ為宇宙總密度。傳統(tǒng)模型中，早期宇宙的ρ只考慮輻射氣體能量密度，而忽略實(shí)物密度和真空能密度?，F(xiàn)在我們知道，真空能密度有時(shí)候會(huì)很重要，因此將其考慮進(jìn)去，即 ρ=ρvac+ρr T>>Tc時(shí)，真空能密度可以忽略，解得宇宙將仍以R∝t1/2的規(guī)律膨脹。 重要的在于Th<T<Tc時(shí)。此時(shí)的宇宙處于亞穩(wěn)真空的過冷態(tài)，又前面的討論可知此時(shí)的宇宙總密度以真空能密度為主，因而動(dòng)力學(xué)方程有新形式： (R’/R)2=8πGρvac/3 考慮到ρvac為常數(shù)，動(dòng)力學(xué)方程的解有形式R∝eHt 其中H=(8πGTc4/3)1/2 該式表明，在真空為主階段，宇宙按指數(shù)率膨脹，此為標(biāo)準(zhǔn)模型所未考慮到的情形。 通過大統(tǒng)一破缺相變，我們可以看到該階段膨脹的劇烈程度。代入Tc=1015GeV,可估出H的大?。?H=1035s-1 如果真空為主階段持續(xù)了Δt=10-33s,可求得Rt/Ro=e100≈1043 也就是說，宇宙的線度在10-33s的時(shí)間間隔內(nèi)膨脹了1043倍，此即暴脹。（五）三個(gè)疑難的解決 上述推導(dǎo)結(jié)果的得出具有十分重要的意義，通過它，人們成功解決了除奇點(diǎn)疑難之外的其他三個(gè)疑難問題，其基本思想是一致的，現(xiàn)以均勻性疑難的解決為例。 我們知道視界半徑∝t，而標(biāo)準(zhǔn)模型中的宇宙半徑∝t1/2。由今天的觀測(cè)事實(shí)前推到極早期宇宙，我們發(fā)現(xiàn)，視界半徑將小于宇宙半徑。且看極端情況，前推到普朗克時(shí)間，即10-43s，觀測(cè)宇宙的線度比當(dāng)時(shí)的視界約大了40個(gè)量級(jí)。各部分物質(zhì)之前完全沒有因果聯(lián)系的可能，這怎么能保證物質(zhì)的均勻性？此即均勻性疑難。 考慮到暴脹，觀測(cè)宇宙在暴脹之前的線度比標(biāo)準(zhǔn)模型縮小了43個(gè)量級(jí)，而視界大小在暴脹階段是不變的，這導(dǎo)致普朗克時(shí)間的觀測(cè)宇宙半徑比當(dāng)時(shí)的視界還要小幾個(gè)量級(jí)，因此暴脹前的宇宙完全可以通過一系列物理過程實(shí)現(xiàn)均勻化。暴脹后，宇宙遠(yuǎn)大于視界，但各部分均勻的事實(shí)將保留下來，這就是背景輻射有各向同性的原因，也是今天宇宙中各部分密度很均勻的原因。（六）暴脹理論的現(xiàn)狀和將來發(fā)展的方向 暴脹理論成功解決了一系列難題，但事實(shí)上，目前沒有確鑿的論據(jù)來證明宇宙確實(shí)曾發(fā)生過暴脹。為此，人們?nèi)匀辉谘芯勘┟浀膶?shí)際產(chǎn)生機(jī)制，隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)能夠誘發(fā)暴脹的物理機(jī)制還有很多。比如假定開始時(shí)空間的維數(shù)遠(yuǎn)大于3，額外維數(shù)必須在宇宙演化中收縮到普朗克尺度，以使其不被看到，研究發(fā)現(xiàn)，這種額外維的收縮也會(huì)誘發(fā)普通三維空間的暴脹。此外有人指出，若引力常數(shù)在宇宙學(xué)時(shí)間尺度上有變化，它也能誘發(fā)暴脹。類似的模型已有不少，但沒有一種是具有被實(shí)驗(yàn)證實(shí)了的理論基礎(chǔ)的。 在諸多研究中，有一個(gè)結(jié)果值得注意。有人證明，要是均勻性疑難和準(zhǔn)平坦性疑難等得到消除，宇宙甚早期曾有過短暫的加速膨脹階段是必要條件。這證明的意義是：若要不對(duì)經(jīng)典宇宙的初條件提過分苛刻的要求，那么暴脹必須曾發(fā)生過。一方面至今沒有理論上的論據(jù)說明暴脹曾發(fā)生過，另一方面是人們有很多理由相信暴脹確實(shí)曾經(jīng)發(fā)生過，這就是問題的現(xiàn)狀。保障發(fā)生在宇宙甚早期，其理論基礎(chǔ)為超高能物理，由于實(shí)驗(yàn)條件的局限，超高能物理一時(shí)不會(huì)有明確的結(jié)論，因此什么是暴脹的實(shí)際機(jī)制是眼下不可能澄清的問題。這樣，暴脹理論語言的檢驗(yàn)就十分有價(jià)值。這方面被認(rèn)真對(duì)待的有兩個(gè)問題：一是今天的宇宙密度；而是背景輻射場(chǎng)上的密度起伏?？傊?，現(xiàn)在的檢驗(yàn)已顯示出支持暴脹理論的跡象，我們能夠期望在不久的將來，看到更強(qiáng)烈的支持證據(jù)。三.量子宇宙學(xué)廣義相對(duì)論宇宙學(xué)建立在愛因斯坦的引力理論基礎(chǔ)之上，由于宇宙創(chuàng)生之時(shí)引力如此之強(qiáng)，時(shí)空尺度如此之小以至應(yīng)該考慮量子效應(yīng)，嚴(yán)格地說，量子宇宙學(xué)應(yīng)該建立在量子引力理論之上，雖然現(xiàn)在還沒有完備的量子引力理論，人們可以根據(jù)已經(jīng)了解的量子引力的某些特征，去嘗試解決量子宇宙學(xué)的主要問題——宇宙的創(chuàng)生問題。20世紀(jì)80年代初，霍金（Hawking）、維林金（Vilenkin）等提出用宇宙波函數(shù)描述宇宙的量子狀態(tài)，而宇宙波函數(shù)滿足宇宙動(dòng)力學(xué)方程——Wheeler-DeWitt方程。這樣只要確定宇宙的邊界條件就可以定量研究宇宙的創(chuàng)生問題了。對(duì)宇宙波函數(shù)的選擇和邊界條件的確定，哈特-霍金和維林金分別提出了不同的方案。這兩個(gè)方案構(gòu)成了目前量子宇宙學(xué)的兩個(gè)學(xué)派。本文重點(diǎn)介紹霍金的量子宇宙學(xué)理論。背景知識(shí)1）奇性定理：在因果性成立、廣義相對(duì)論正確、能量非負(fù)且有物質(zhì)存在的時(shí)空中，至少有一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的物理過程，它的時(shí)間有開始，或有終結(jié)，或者既有開始又有終結(jié)。在奇點(diǎn)處時(shí)空曲率為無窮大，場(chǎng)方程無法定義，廣義相對(duì)論預(yù)言了自己的失效。2）奇性定理語預(yù)言兩種奇性：一是恒星塌縮形成的黑洞視界里所包含的奇性；二是宇宙大爆炸開端處的奇點(diǎn)。度規(guī)，是給定坐標(biāo)的選擇后，由坐標(biāo)系性質(zhì)構(gòu)成的一個(gè)張量，一般叫g(shù)(UV）。這個(gè)張量描述了空間的性質(zhì)，如果這個(gè)張量是常量（或者說經(jīng)過合同變換可以變成常量），我們一般叫平直空間，比如說三維歐式空間，四維偽歐式空間（3空間1時(shí)間），如果這個(gè)張量是和坐標(biāo)相關(guān)的變量（經(jīng)過合同變換也變不成常量），我們說空間是彎曲的。宇宙動(dòng)力學(xué)方程（二）宇宙路徑積分霍金與彭羅斯依據(jù)廣義相對(duì)論宇宙學(xué)論證的奇性定理顯示宇宙的開端會(huì)是無限致密無窮曲率的時(shí)空奇點(diǎn)，所有科學(xué)規(guī)律都在奇點(diǎn)處失效，因此僅靠廣義相對(duì)論宇宙學(xué)無法回答宇宙如何開始。奇性定理的真正意義在于，它表明宇宙創(chuàng)生時(shí)引力如此強(qiáng)，時(shí)空尺度如此小以至不能忽略量子效應(yīng)，我們需要運(yùn)用量子理論來描述宇宙的開端。在量子力學(xué)中的費(fèi)曼路徑積分中，粒子可能經(jīng)歷時(shí)空所有路徑，每個(gè)可能的路徑都有相應(yīng)的一對(duì)參量，一個(gè)代表波幅，一個(gè)代表相位，粒子經(jīng)過某些特定點(diǎn)的概率由經(jīng)過這些點(diǎn)的所有可能路徑的積分來預(yù)言?；艚饘⒘孔永碚撝械穆窂椒e分方法推廣到時(shí)空結(jié)構(gòu)本身，創(chuàng)生時(shí)的宇宙就如微觀粒子擁有所有可能的路徑一樣，擁有所有可能的時(shí)空結(jié)構(gòu)或所有可能的歷史，要得到我們所處宇宙的情況，就需要對(duì)所有可能的歷史求和。廣義相對(duì)論中引力場(chǎng)由彎曲時(shí)空表征，粒子在彎曲時(shí)空中經(jīng)歷的是最接近直線的路徑。量子宇宙學(xué)將費(fèi)曼歷史求和思想與愛因斯坦引力理論結(jié)合起來，在這里類似粒子路徑的是代表整個(gè)宇宙時(shí)空的一個(gè)完備時(shí)空，用時(shí)空度規(guī)g表述（作用量S（g）是g的函數(shù)）。一個(gè)完整的時(shí)空結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于一個(gè)粒子路徑，若要遇見某種時(shí)空結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的可能就要對(duì)所有可能的宇宙歷史積分?；艚鹆孔佑钪鎸W(xué)的主要內(nèi)容是構(gòu)造適當(dāng)?shù)臄y帶有宇宙結(jié)構(gòu)信息的傳播子和宇宙波函數(shù)，確定適當(dāng)?shù)挠钪孢吔鐥l件，找到能夠?qū)λ杏钪鏆v史進(jìn)行路徑積分的數(shù)學(xué)方法，一邊用科學(xué)規(guī)律說明宇宙如何起始，為什么能夠形成我們今天觀測(cè)的宇宙，并且嘗試做出可預(yù)測(cè)的預(yù)見。（三）虛時(shí)間霍金假設(shè)我們的宇宙是單聯(lián)通的四維時(shí)空流形（即宇宙的邊界條件是沒有邊界），考慮一種沒有物質(zhì)而僅有一個(gè)正宇宙常數(shù)的理想狀態(tài)，設(shè)宇宙常數(shù)為∧，令，利用量子路徑積分的鞍點(diǎn)近似和維克旋轉(zhuǎn)，霍金得到一個(gè)滿足廣義相對(duì)論場(chǎng)方程的理想化宇宙波函數(shù),圖像如下。設(shè)r是該宇宙波函數(shù)所描寫的四維流形在某時(shí)刻的三維球度規(guī)的半徑，可以證明當(dāng)三維球半徑r<1/H時(shí)，波函數(shù)對(duì)應(yīng)虛時(shí)間歐式度規(guī)；當(dāng)三維球半徑r>1/H時(shí)，波函數(shù)快速震蕩對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)間洛氏度規(guī)將歐式四維球和洛氏旋轉(zhuǎn)雙曲面連在一起就是一個(gè)理想的描寫膨脹宇宙自發(fā)創(chuàng)生的圖景。下圖對(duì)應(yīng)虛時(shí)間。求宇宙波函數(shù)在數(shù)學(xué)上非常困難，要求對(duì)時(shí)間值取虛數(shù)，并且虛時(shí)間所對(duì)應(yīng)的度規(guī)還要周期等同。在這里時(shí)間和空間的區(qū)別消失了，我們無法區(qū)別時(shí)間和空間的方向。時(shí)間取虛值的歐式時(shí)空只有有限尺度卻沒有奇點(diǎn)作為它的邊界。對(duì)虛時(shí)間的理解：本身沒有物理意義，是定義的很好的數(shù)學(xué)抽象概念，引入虛時(shí)間就可以在數(shù)學(xué)上實(shí)現(xiàn)對(duì)宇宙所有可能歷史的求和，意即接觸宇宙波函數(shù)，而宇宙波函數(shù)可以描述宇宙的創(chuàng)生、演化和將來。這意味著我們只要知道了宇宙在虛時(shí)間中的歷史，就能夠“延拓”到實(shí)時(shí)間中預(yù)言宇宙在實(shí)時(shí)間中的行為。在實(shí)時(shí)間中宇宙開端為奇點(diǎn)，而需時(shí)間中沒有奇點(diǎn)，所以霍金認(rèn)為虛時(shí)間是比實(shí)時(shí)間更為基本的概念。（四）宇宙自足解求解宇宙波函數(shù)亦即進(jìn)行積分運(yùn)算時(shí)需要知道邊界條件，霍金認(rèn)為有兩種選擇：1，在緊致集外漸漸趨于近平直歐式度規(guī)的時(shí)空度規(guī)，這樣的宇宙時(shí)空在觀測(cè)區(qū)域是彎曲的，但在無限遠(yuǎn)處趨向平直；2，緊致但沒有邊界的流形，這是一類有限無邊的宇宙時(shí)空。量子引力路徑積分自然的選擇漸近平直的歐式度規(guī)沒有邊界的緊致度規(guī)霍金證明在無限遠(yuǎn)處測(cè)量，以這兩種宇宙邊界條件來完成路徑積分的結(jié)果會(huì)有所不同，但在宇宙學(xué)中真正需要的是有限區(qū)域的測(cè)量，因?yàn)槲覀兊挠钪嬗^測(cè)總是在地球或宇宙飛船上進(jìn)行。若在有限區(qū)域內(nèi)測(cè)量，那么兩類路徑積分幾乎完全一樣。經(jīng)過分析可以知道，漸近平直的歐式度規(guī)也存在兩種可能：1，測(cè)量區(qū)域和無限遠(yuǎn)相連；2，測(cè)量區(qū)域類似單連通緊致時(shí)空，與平直無限遠(yuǎn)靠蟲洞相連，而對(duì)路徑積分有貢獻(xiàn)的主要是第二類漸近歐式度規(guī)的緊致時(shí)空。因此霍金認(rèn)為量子宇宙學(xué)路徑積分的自然選擇是對(duì)所有無邊界的單連通緊致度規(guī)求和。無邊界假設(shè)：量子引力的路徑積分應(yīng)該對(duì)一切緊致歐式度規(guī)求和有了無邊界假設(shè)和虛時(shí)間，通過對(duì)宇宙所有可能的時(shí)空度規(guī)求和，霍金找到了一個(gè)理想化的宇宙波函數(shù)，他描寫一個(gè)沒有物質(zhì)只有宇宙常數(shù)的理想化宇宙自發(fā)創(chuàng)生的過程。其中歐式球?qū)?yīng)宇宙創(chuàng)生階段，洛氏雙曲面對(duì)應(yīng)指數(shù)膨脹的宇宙，這個(gè)宇宙沒有邊緣或邊界，而是從絕對(duì)的無中創(chuàng)生的.霍金認(rèn)為，宇宙時(shí)空有限而沒有邊界的思想是1種假設(shè)，可說是第一原理，不能由其他的原理推導(dǎo)出來。無邊界波函數(shù)的可觀測(cè)預(yù)見由于時(shí)空度規(guī)在虛時(shí)間方向周期性等同，相應(yīng)的量子引力應(yīng)是各向均勻同性但卻具有微小起伏。我們先在觀測(cè)到的宇宙在大尺度上正是各向均勻同性的，量子引力場(chǎng)的微波背景起伏正好可以用來說明星系的形成。虛時(shí)間的周期量子效應(yīng)是溫度為H/2∏的熱輻射，這也與宇宙微波背景輻射一致。超越于量子不確定之上的的不確定性霍金認(rèn)為，宇宙視界覆蓋了部分宇宙，這使得視界之外的觀測(cè)者不可能看到宇宙整體，不可能得到關(guān)于宇宙整體的全部信息，宇宙視界造成了宇宙信息的缺失，如果某一時(shí)刻我們可以在某個(gè)貫穿整個(gè)宇宙的類空面∑上“看”宇宙，我們看到的宇宙是由波函數(shù)所描寫的單純量子態(tài)。由于宇宙視界的阻礙，我們看到的宇宙不可能超過∑的一半，對(duì)被視界覆蓋的宇宙部分我們是完全無知的，但在計(jì)算觀察的可能結(jié)果時(shí)，我們必須對(duì)∑的一切可能性求和，包括我們不能觀測(cè)到的部分，這樣求和的效果就是把我們可觀測(cè)的宇宙部分由一個(gè)單獨(dú)量子態(tài)變成了混合態(tài)，一個(gè)不同可能性的統(tǒng)計(jì)系宗。依據(jù)經(jīng)典量子學(xué)說。作為量子純態(tài)的宇宙波函數(shù)本身就是概率波，存在量子不確定性，由于宇宙視界的存在，能描寫我們觀測(cè)所及的宇宙部分的波函數(shù)會(huì)由純態(tài)變?yōu)榛旌蠎B(tài)，不確定性增大了。因此霍金認(rèn)為，這意味著向科學(xué)引入了超于量子不確定性之上的不確定性。奇性定理表明，引力彎曲時(shí)空產(chǎn)生奇點(diǎn)，那是科學(xué)定律失效的地方，是宇宙和時(shí)空的起點(diǎn)和終結(jié)。黑洞熱輻射的發(fā)現(xiàn)揭示了引力與熱之間本性的內(nèi)在聯(lián)系，由于引力自己決定自己作用于其上的時(shí)空流形拓?fù)?，引力允許黑洞辯解不同時(shí)空拓?fù)涞拇嬖?，時(shí)空拓?fù)涞牧孔有?yīng)導(dǎo)致了熱輻射，熱是時(shí)空拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的邊界效應(yīng)或者說量子效應(yīng)。運(yùn)用量子引力方法和無邊界假說霍金提出了宇宙自足解描述一個(gè)自發(fā)創(chuàng)生、指數(shù)膨脹的宇宙，在宇宙的開端處恢復(fù)了經(jīng)典理論喪失的科學(xué)預(yù)見性，但沒有完全做到。由于黑洞和宇宙視界覆蓋了部分時(shí)空，作為宇宙之內(nèi)的觀察者不能看到時(shí)空整體，這使我們觀察所及的宇宙要由量子態(tài)的混合系統(tǒng)描述而不是量子純態(tài)，這就引入了額外水平的不確定性。霍金自己說：“從物理學(xué)中取消了可預(yù)見性，然后又恢復(fù)，但是可預(yù)見性的程度減小了，這是一個(gè)成功的故事。”（五）人擇原理科學(xué)家提出人則原理的目的是為了說明宇宙存在和演化的初始條件和物理參數(shù)。人則原理認(rèn)為，宇宙之所以有這樣的初始條件和物理參數(shù)是因?yàn)槿祟惖拇嬖?。意思是存在許多可能的宇宙，有各自不同的初始條件和物理參數(shù)，這些宇宙大多沒有可能為智慧生命復(fù)雜結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供條件，只有我們?nèi)祟惿娴挠钪娌拍苁怪腔凵玫桨l(fā)展。 （六）小結(jié)霍金為了解決宇宙創(chuàng)生時(shí)的奇性疑難，用量子理論處理早期宇宙，用宇宙波函數(shù)來描述宇宙的創(chuàng)生與發(fā)展，通過量子力學(xué)中的路徑積分方法求解宇宙動(dòng)力學(xué)方程——惠勒-德維特方程來求出宇宙波函數(shù)，在這個(gè)過程由于數(shù)學(xué)上的需要提出了“虛時(shí)間”的概念，對(duì)于求得定解的邊界條件，霍金認(rèn)為宇宙中任何一點(diǎn)都不應(yīng)處于特殊地位，因而邊界條件應(yīng)該是“無邊界”，意即對(duì)所有無邊界的緊致度規(guī)求和，對(duì)于其中所需要的初始參數(shù)值由人擇原理解釋，這樣得到了一個(gè)宇宙動(dòng)力學(xué)方程的解，描述我們最可能的宇宙。五．古代對(duì)于宇宙起源的認(rèn)識(shí)關(guān)于宇宙的起源，在現(xiàn)代，我們有大爆炸理論，弦理論，那么，在科學(xué)還沒有成型的古代，古代人對(duì)于世界是怎么看宇宙的起源的呢？（一）圣經(jīng)圣經(jīng)關(guān)于世界的創(chuàng)生是在《舊約·創(chuàng)世紀(jì)》中的，原文如下：1:1起初神創(chuàng)造天地。InthebeginningGodcreatedtheheavenandtheearth.1:2地是空虛混沌。淵面黑暗。神的靈運(yùn)行在水面上。Andtheearthwaswithoutform,andvoid;anddarknesswasuponthefaceofthedeep.AndtheSpiritofGodmoveduponthefaceofthewaters.1:3神說，要有光，就有了光。AndGodsaid,Lettherebelight:andtherewaslight.1:4神看光是好的，就把光暗分開了。AndGodsawthelight,thatitwasgood:andGoddividedthelightfromthedarkness.1:5神稱光為晝，稱暗為夜。有晚上，有早晨，這是頭一日。AndGodcalledthelightDay,andthedarknesshecalledNight.Andtheeveningandthemorningwerethefirstday.1:6神說，諸水之間要有空氣，將水分為上下。AndGodsaid,Lettherebeafirmamentinthemidstofthewaters,andletitdividethewatersfromthewaters.1:7神就造出空氣，將空氣以下的水，空氣以上的水分開了。事就這樣成了。AndGodmadethefirmament,anddividedthewaterswhichwereunderthefirmamentfromthewaterswhichwereabovethefirmament:anditwasso.1:8神稱空氣為天。有晚上，有早晨，是第二日。AndGodcalledthefirmamentHeaven.Andtheeveningandthemorningwerethesecondday.1:2這一句表達(dá)圣經(jīng)的觀點(diǎn)。宇宙是static（靜態(tài)）的，但同時(shí)也承認(rèn)了宇宙是黑暗的這一點(diǎn)。1:3光的誕生，在大爆炸理論中應(yīng)該是在大爆炸后0.01秒，質(zhì)子與中子之后。這是圣經(jīng)，或者說古代希伯來人的看法。（二）古代印度古印度人認(rèn)為大地是一個(gè)隆起的圓盾，由三條大象扛著，這三條大象站在龜背上，而這個(gè)龜又是浮游在廣闊海洋之中的。這些都是人類對(duì)地球的最原始的認(rèn)識(shí)。這是一種地域的限制導(dǎo)致的認(rèn)識(shí)，但是也表明了印度人對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)已經(jīng)到達(dá)了認(rèn)為我們所處的大地（地球）,只是宇宙中很小的一部分，同時(shí)我們的地球也想海中的烏龜一樣，在浩瀚的宇宙中運(yùn)行。（三）古代埃及古埃及人有幾種關(guān)于天地的“創(chuàng)世神話”，但不論哪一種都認(rèn)為最初的原始世界是由混沌的水構(gòu)成的。在古埃及木乃伊的棺木上就繪畫著埃及人對(duì)天地的看法：大地是身披植物的斜臥男神西布的身軀、天穹則是曲身拱腰、姿態(tài)優(yōu)美的女神呂蒂。最初，呂蒂和西布是相互聯(lián)合在一起、靜止于原始水中的。在創(chuàng)世之日，一個(gè)新的大氣之神舒從原始水中出現(xiàn)，它用雙手把天蓋之神呂蒂承托在上，而呂蒂也就雙手伸開、叉開雙腿支撐自己，成為天宇的四根柱子。西布的身體成為大地之后，立即被綠色的植物覆蓋了，在這之后，動(dòng)物和人也誕生了。太陽神原來藏在原始水中蓮蓬的花蕾里，天地分開之后，蓮蓬的花蕾開放，太陽神騰空而起，升到天空、照耀天地，使宇宙溫暖起來。

古代埃及人之所以產(chǎn)生這類觀念，是與他們生活于尼羅河凹地的地形相關(guān)聯(lián)的。古埃及人的生活全部集中在這條狹窄的、總共只有三四千米寬的尼羅河沖積地帶之內(nèi)，天長(zhǎng)日久，就產(chǎn)生了以上種種觀念，以后又增添了種種神話迷信色彩，從而流傳至今。當(dāng)然，也可以這樣認(rèn)為，從某種程度上說埃及人認(rèn)為，宇宙在起源前是以平面所存在的，并非我們現(xiàn)在所認(rèn)為的一個(gè)奇點(diǎn)，埃及人認(rèn)為，宇宙在某個(gè)時(shí)間，從二維世界突變到了三維，當(dāng)然我們無法從這里找到原因，但是從有混沌的水構(gòu)成的部分我們亦可以認(rèn)為，埃及人是將剩余的宇宙部分用水填滿，說明這時(shí)候他們還沒有“真空”之類的概念。（四）古代中國(guó)1.天圓地方天圓地方所指，不是簡(jiǎn)單的把天看成是圓型，把地看成是方型。而是一種道的理念。即天道圓，地道方。天為陽，地為陰。天地有別，陰陽不同，圓方各異。陰陽相依。而道又自古以來是華夏土生土長(zhǎng)的教。關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)的學(xué)說，漢代出現(xiàn)了渾天說與蓋天說的爭(zhēng)論。在秦漢之前，蓋天說比較盛行。自古以來，人們看見蒼天籠罩著大地，產(chǎn)生了天圓地方的蓋天說，而春秋時(shí)的曾參就曾提出疑問：“天圓而地方，則是四角之不揜也?！焙髞砩w天說又認(rèn)為天不與地相接，而像圓頂涼亭那樣由八根柱子支撐著。詩人屈原曾問道：“斡維焉系，天極焉加，八柱何當(dāng)，東南何虧。”東南公元前一世紀(jì)成書的《周髀算經(jīng)》中提出“天象蓋笠、地法復(fù)盤”的新蓋天說，認(rèn)為天在上，地在下，天地相蓋，二者都是圓拱形，中間相距八萬里，日月星辰隨天蓋旋轉(zhuǎn)，近見遠(yuǎn)不見，形成了晝夜四季變化。這里提到了天蓋的概念，也就是這時(shí)候的人們?nèi)匀徽J(rèn)為星體是處于一個(gè)球形面上，沒有形成星體遠(yuǎn)近的意識(shí)。2.盤古傳說在天地還沒有開辟以前，有一個(gè)不知道為何物的東西，沒有七竅，它叫做帝江（也有人叫他混沌），倏和忽用了七天為帝江鑿開了七竅，但是帝江卻因?yàn)殍徠吒[死了。帝江死后，它的肚子里出現(xiàn)了一個(gè)人，名字叫盤古。盤古在這個(gè)“大口袋”中一直酣睡了約18000年后醒來，發(fā)現(xiàn)周圍一團(tuán)黑暗，當(dāng)他睜開朦朧的睡眼時(shí)，眼前除了黑暗還是黑暗。他想伸展一下筋骨，但“雞蛋”緊緊包裹著身子，他感到渾身燥熱不堪，呼吸非常困難。天哪！這該死的地方！盤古不能想象可以在這種環(huán)境中忍辱地生存下去。他火冒三丈，勃然大怒，于是他拔下自己一顆牙齒，把它變成威力巨大的神斧，掄起來用力向周圍劈砍。“嘩啦啦啦……”一陣巨響過后，“雞蛋”中一股清新的氣體散發(fā)開來，飄飄揚(yáng)揚(yáng)升到高處，變成天空；另外一些渾濁的東西緩緩下沉，變成大地。從此，混沌不分的宇宙一變而為天和地，不再是漆黑一片。 對(duì)于盤古開辟天地的傳說，我是這么理解的。首先，宇宙初期是混沌的，即什么物質(zhì)都沒有，這與大爆炸異曲同工，而在混沌之后，有某種力量（神話中為兩個(gè)兄弟），將混沌打破了，這是宇宙的開始，即從無到有，從而宇宙進(jìn)入第一個(gè)時(shí)期，大爆炸。然后，盤古的誕生，我認(rèn)為非常類似與暴脹，但是在時(shí)間上不對(duì)，不是18000年后。但是，相似的是，宇宙都進(jìn)行了一次暴脹。在這個(gè)神話中，暴脹的方式是割開空間。個(gè)人認(rèn)為這個(gè)用詞不太準(zhǔn)確，我認(rèn)為應(yīng)該是某種作用強(qiáng)行切割了高維度的空間，例如四維空間。因?yàn)槲覀兛梢钥吹?，?dāng)我們?cè)谌S空間中切割一個(gè)物體時(shí)，我們得到了一個(gè)二維的截面，二維的切割我們可以得到一維的截面。是否代表了，高維度的切割，可以帶來三維的拓展。所以，我認(rèn)為，盤古進(jìn)行了高維度的切割，帶來了暴脹。當(dāng)然我覺得可以這么解釋，這種相互作用能力在強(qiáng)行切割后破壞了自身存在的條件，于是盤古死了，也就是這種相互作用消失了。根據(jù)盤古一氣化三清的情況，我們甚至進(jìn)行更深一步的猜測(cè)，是否這就是四大(很遺憾這里數(shù)字不對(duì))基本作用的來歷，更有可能說明了我們四大基本作用仍然可以統(tǒng)一，抑或是這就是大統(tǒng)一理論的一個(gè)暗示？當(dāng)然這些只是一種無理的純猜測(cè)。（五）量子宇宙理論與古代中國(guó)哲學(xué)愛因斯坦早在１９１５年就提出了一個(gè)新的重力理論——廣義相對(duì)論，以取代牛頓的重力理論近八十年來的觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)都說明，愛因斯坦的廣義相對(duì)論是目前最好的一個(gè)重力理論，而建立在愛因斯坦重力論和天文觀測(cè)基礎(chǔ)之上的宇宙論或各大爆炸宇宙論卻給出了一個(gè)令人吃驚的結(jié)論，這就是：宇宙在過去要存在一個(gè)初始的類空的曲率奇點(diǎn)，所謂曲率奇點(diǎn)是指在過去某個(gè)時(shí)刻，四維宇宙的時(shí)間空間要極度彎曲（曲率極大），以致一切可能存在的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，甚至?xí)r間空間概念本身都要受到破壞而不復(fù)存在。所謂奇點(diǎn)是類空的是指一切因果鏈條在那里要斷掉，物理規(guī)律在那里要失效。當(dāng)前絕大多數(shù)理論物理學(xué)家和理論天體物理學(xué)家認(rèn)為，應(yīng)該承認(rèn)經(jīng)典奇點(diǎn)的存在并賦予它以新的量子解釋。現(xiàn)代著名的理論物理學(xué)家霍金說“奇點(diǎn)定理的真正重要性在于，它指出重力場(chǎng)必然會(huì)強(qiáng)到