宇宙奇点模型


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宇宙大爆炸-一切的基础;超新星爆发-生命的基础。

《霍金讲演录》第十章提到:“宇宙大爆炸和黑洞爆炸类似。”旋转带电黑洞会由泽尔多维奇机制-霍金辐射而优先耗尽电荷和角动量而停转,那时奇环也会收缩为奇点。虽然霍金辐射还未观测到,但科学家都相信理论推导是正确的。特别是aLIGO宣布发现双黑洞引力波。霍金黑洞温度公式T=1/8πKM,蒸发过程质量M-->0, 半径r-->0, 温度T-->∞。“当它的质量为普朗克尺度时,温度会上升到10^32度(即普朗克温度)。”(《黑洞战争》第9章)。目前物理学认为的热力学绝对最高温度(Absolute Hot)--普朗克温度TP=1.41688385*10^32 K, 稍高于(π-2)*10^32 K。普朗克温度只存在于宇宙大爆炸1普朗克时间间隔之中,高于此温度的温度数值目前被认为是没有物理意义的。黑洞蒸发若能不爆发而缩小到普朗克尺度,就进入“超短距离+超高曲率+超高温”的领域。那时极小极热的黑洞,就像宇宙开始那样。

按照目前标准宇宙学,整个宇宙都是当初一个奇点爆发而来的,也即现在无数个奇点都是来自当初的那一个奇点。就像一颗小种子长成一棵植物,又生成大量种子。在宇宙演化过程中,恒星如花朵,黑洞像果实,而奇点就是种子。

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设想一下这个过程:最初的宇宙大爆发(Big Bang,简称BB)、宇宙微波背景辐射(CMB)、恒星、黑洞、黑洞温度开始超过CMB(有模型认为从BB开始算起约200亿年)、黑洞蒸发(蒸发时间视黑洞质量不同可以达到10^100年不等)、黑洞大爆发(即新Big Bang)……宇宙经过10^100年(现在才10^9年多点),即使真有黑洞爆发,也由于外部时空膨胀得如此大,除了黑洞所在星系,也影响不到其它地方。黑洞奇点大爆发也会产生新的时空膨胀和背景辐射。宇宙背景辐射似乎同时也是一种限制恒星黑洞蒸发的机制,虽然只限制了几百亿年时间,但这段时间已经足够生命演化到高级文明了。

我们无法了解黑洞中的奇点,而黑洞奇点大爆发模型产生的新爆发的新时空中的智慧生命也无法反推出他们的宇宙爆发最初10^-43秒是怎么样的。对于新宇宙的观测者而言,他们的宇宙起始奇点可以看作不属于他们那个宇宙,而对我们而言,或许也可以将那个奇点看成不属于我们这个宇宙的。这样看来,奇点不属于我们宇宙,也不属于新宇宙,它是一个(新老宇宙之间的)连结,不受新老宇宙规律制约。它是原来所在时空时间的结束,也是新宇宙时间的开始。

能量可以凭空产生,但过程要守恒--先借然后在规定时间内归还。此模型能量从哪里来呢? 如果宇宙总能量真的是刚好为0,那么就非常简单,无中生有就可以了。如果宇宙总能量不为0,那么能量的可能来源有:

①在奇点爆发某瞬间从真空涨落借出近乎无限能量,本来需要瞬间归还,但可能由于超光速膨胀或其它原因,原来的瞬间等价于后面的近乎无限长时间。就像视界附近的一瞬间等于外面近乎无限长的时间。于是近乎无限的能量看似需要无限长时间才归还。

②或许奇点在爆发瞬间可以用很奇怪的方式获得近乎无限的能量,而不一定仍然受奇点之外的物理定律限制;

③或者黑洞蒸发爆发瞬间,不知怎的,突然向外发射无数无量难以和普通物质作用的负能量快子,换取近乎无限的正能量;

④其它;

这样的奇点模型有如下优点:

Ⅰ.对于黑洞自身而言,蒸发阶段是在熵增环境中自发熵减过程(视界面积缩小熵减),到了爆发时熵已经很低了,所以宇宙诞生熵很低。

Ⅱ.从对称性角度看,黑洞奇点蒸发到最后,温度逐渐接近普朗克温度,原来的对称破缺逐渐重新自发回到对称的状态,奇点爆发后才又重新破缺。

Ⅲ.此时希格斯海相变,质量消失,强力、弱力和电磁力合为GUT力。甚至GUT力和重力重回对称状态的超力。引力被合成超力,失去吸引作用,暴胀就容易开始。引力场消失而超力场有大宇宙常数作用--斥力作用,引发暴胀。类似低温超流体反常的反重力现象,或许超高温时也有反直觉的反重力及其它奇异现象。或者最后奇点会裸露在视界附近普朗克温度下的希格斯海蒸发环境,于是裸奇点+暴胀希格斯场(或暴胀子场)=奇点大爆发。

这个模型似乎还能解释为什么宇宙初期那么热。除了大暴胀拉伸,由于奇点附近极端的曲率,极短的距离也可相当于无限的距离,于是低曲率的大尺度温度均匀也可等价极端曲率的小尺度温度均匀。温度均匀或许和宇宙早期超高能特殊条件下的超光速快子能量传递有关? 或者那时的真空介电介磁常数不同而光速比现在更快。

理论上能使电磁力、弱力和强力三力合一的大统一能量约10^15GeV(约10^28K);使四力合一的超大统一能量约10^19GeV (约10^32K,接近TP)。宇宙初期降温过程,三大对称破缺温度分解出4种力。LHC对撞机产生的温度才约10^13K,远远低于大统一温度。大暴胀模型最早提出者,物理学家阿兰·古斯的过冷和相变的暴胀模型:宇宙发生相位转变,由于最低能级不同,会释放“宇宙潜热”。暴胀结束后,潜热转化为物质辐射,就像过冷水中结冰。

黑洞蒸发到后面,大部分可能只是以小型的爆发结束,能蒸发到产生普朗克温度,概率可能很低,或者需要特殊条件,比如原为超大质量黑洞,或者奇点必须在可能概率下到达100%而裸露出来等。黑洞产生big bang也是概率性的。

黑洞奇点用视界将自己与外部宇宙隔绝开来,就像胚胎用胎盘或蛋壳将自己与母体隔离开来。也像毛毛虫->茧中蛹->蝶。有趣的是自然Nature的词根nat是出生的意思。胚胎发育完成孵化后新生命是要破壳出生的。黑洞蒸发而温度升高也许是在孵化奇点,孵化好后奇点就比如通过量子隧穿或者量子虫洞穿越出现在普朗克尺度的视界外面附近,就象地平线上的日出。奇点可能也是波粒二象的:奇点--奇波。奇点量子隧穿到极热的视界时,可以同时叠加地存在于视界上。

Kip Thorn的《星际穿越》一书提到先进文明可能利用引力波产生人工裸奇点,借助观察裸奇点而修正(我们宇宙的)量子引力理论。先进文明有了(我们宇宙的)正确的量子引力理论后就可能利用非自然产生的裸奇点、或者进入超大质量黑洞内的自然奇点人为引发BB。我们的宇宙(裸)奇点或许是这样被微调产生出来的,完备的量子引力可以人工调节其中的参数,从而使得宇宙裸奇点刚好暴胀成这个样子。如果宇宙最终会大撕裂、或热寂、或大挤压,那么先进文明可能用量子引力和奇点人为制造出膨胀的新宇宙时空和能量,实现生命文明的延续。

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在奇点处,时空统一体分离成时时间和空间,时间终结,空间只剩下虚的量子泡沫。当奇点时间重新开始,就选择一个空间概率拓扑和时间融合(量子泡沫“时间化”,像牛顿煮蛋却把表放进锅里去了),拓扑含有以后宇宙演化的信息,可能和母宇宙拓扑相关,像遗传。

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