有朋友邀請(qǐng)回答一個(gè)這樣的問(wèn)題：宇宙大爆炸10^-43s時(shí)溫度10^32K，換算成能量是多少ev?

這個(gè)問(wèn)題看似很高大上，卻包含了1個(gè)錯(cuò)誤：能量與溫度無(wú)關(guān)，只與質(zhì)量有關(guān)，遵循愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程。能量的單位是焦耳，符號(hào)表示為J；ev是電子伏特的表達(dá)符號(hào)，與能量單位焦耳存在一個(gè)換算關(guān)系，1J=6.2415*10^18eV。

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我在解答這個(gè)問(wèn)題過(guò)程中，根據(jù)大爆炸宇宙模型，對(duì)宇宙質(zhì)量進(jìn)行了一個(gè)推測(cè)，結(jié)果得到一個(gè)不可思議的結(jié)果，這個(gè)結(jié)果完全顛覆了我的認(rèn)知，一直以來(lái)我篤定崇信大爆炸宇宙論理論推演出來(lái)數(shù)據(jù)，現(xiàn)在迷惑起來(lái)。

標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)宇宙大爆炸在普朗克時(shí)間的描述/目前科學(xué)界公認(rèn)的大爆炸宇宙標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，宇宙是約138億年前，由一個(gè)體積無(wú)限小、密度無(wú)限大、曲率無(wú)限大、溫度無(wú)限高的奇點(diǎn)爆炸誕生的，這個(gè)奇點(diǎn)既然體積無(wú)限小，是無(wú)法計(jì)算其溫度和密度的，由此就是引申出了四個(gè)無(wú)限。

根據(jù)現(xiàn)代物理學(xué)的量子理論，人類(lèi)認(rèn)識(shí)宇宙只能從普朗克時(shí)間開(kāi)始。宇宙標(biāo)準(zhǔn)模型認(rèn)為，在大爆炸的普朗克時(shí)間，宇宙大小為普朗克尺度，那時(shí)的溫度為普朗克溫度，密度也是普朗克密度。有了這樣幾個(gè)數(shù)據(jù)，我們就能夠大致算出宇宙的質(zhì)量了。

宇宙大爆炸普朗克時(shí)間，是指大爆炸開(kāi)始后約10^-43秒，也就是1000億億億億億分之一秒；宇宙溫度達(dá)到10^32度K，就是約1億億億億K；此時(shí)的宇宙密度可能超過(guò)每立方厘米10^91公斤。

模型就給了我們這幾組數(shù)據(jù)，根據(jù)這幾個(gè)數(shù)據(jù)要計(jì)算出宇宙質(zhì)量是不行的，其中時(shí)間和溫度與質(zhì)量都沒(méi)有關(guān)系，但這時(shí)的宇宙體積如果是普朗克尺度，我們就能夠計(jì)算出宇宙的體積，由此就能夠計(jì)算出宇宙的質(zhì)量。

普朗克時(shí)間的宇宙質(zhì)量和能量/根據(jù)量子力學(xué)開(kāi)山鼻祖馬克斯·普朗克創(chuàng)建的理論，普朗克長(zhǎng)度約為1.6*10^-33厘米。如果普朗克時(shí)間的宇宙是一個(gè)普朗克長(zhǎng)度直徑的球，根據(jù)球體積公式V=（4/3）*π*R^3（V：表示球體的體積，R：表示球體的半徑），我們可以計(jì)算出這時(shí)宇宙的體積約為2.145^-99立方厘米。

而標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型告訴我們，普朗克時(shí)間宇宙的密度為每立方厘米約10^91公斤。這個(gè)密度比質(zhì)子密度還要高出78個(gè)數(shù)量級(jí)，看起來(lái)是無(wú)法想象的驚人密度。但問(wèn)題是這時(shí)宇宙是極小的，而且小得驚人，只有1立方厘米的2.145^99分之一，也就是2145億億億億億億億億億億億億分之一。

如果按照每立方厘米為10^91公斤計(jì)算，這么小的宇宙只有約2.145*10^-8公斤，也就是0.00000002145公斤，也就是21.45微克，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式E=MC^2計(jì)算，等效能量為1930500000J，1焦耳約等于6.25*10^18eV，這樣宇宙在普朗克時(shí)間的能量就約為1.2*10^28eV。

這個(gè)能量有多大呢？如果按照炸藥來(lái)計(jì)算，就只相當(dāng)461公斤TNT炸藥的爆炸威力。我很驚異，因?yàn)槲疫^(guò)去從來(lái)沒(méi)有計(jì)算過(guò)宇宙大爆炸時(shí)到底有多大能量，簡(jiǎn)單直覺(jué)的認(rèn)為密度達(dá)到10^91公斤/厘米立方是一個(gè)無(wú)法想象的密度，因此爆炸能量極大。

但我沒(méi)有細(xì)思這是宇宙到達(dá)1立方厘米時(shí)的密度，而大爆炸普朗克時(shí)間尺度只有1.145*10^-99立方厘米，如果這時(shí)候的密度是每立方厘米為10^91公斤的話(huà)，那這么小的宇宙質(zhì)量就只有21.45微克。

由此引申出來(lái)的質(zhì)量來(lái)源問(wèn)題/這是怎么回事呢？按照大爆炸時(shí)間簡(jiǎn)史在普朗克時(shí)間只有這樣一個(gè)質(zhì)量啊，如果按照標(biāo)準(zhǔn)模型理論推導(dǎo)的結(jié)果就是這樣，是我計(jì)算錯(cuò)了嗎，還是這個(gè)理論本身推導(dǎo)有問(wèn)題？

因?yàn)楝F(xiàn)在的宇宙質(zhì)量是一個(gè)十分巨大的數(shù)值，太陽(yáng)系質(zhì)量就有約2*10^30公斤，銀河系質(zhì)量約為太陽(yáng)的2000億倍，也就是約4*10^41公斤；有人認(rèn)為可觀測(cè)宇宙就達(dá)到了10^53公斤。這還只是可見(jiàn)物質(zhì)，包括恒星、星系、星云塵埃等的質(zhì)量。

研究認(rèn)為宇宙可見(jiàn)物質(zhì)質(zhì)量只占宇宙總質(zhì)能的4.9%，其余26.8%為不可見(jiàn)的暗物質(zhì)，68.3%為不可見(jiàn)的暗能量。如果把暗物質(zhì)和暗能量都加起來(lái)，可觀測(cè)宇宙總質(zhì)能可達(dá)2*10^54公斤。

為什么宇宙爆炸初始時(shí)的質(zhì)量和現(xiàn)在的質(zhì)量有這么大的懸殊，這些多出來(lái)的質(zhì)量是怎么來(lái)的呢？只能有兩個(gè)解釋?zhuān)阂皇怯钪娲蟊ɡ碚撃Ｐ陀?jì)算的數(shù)據(jù)有誤；二是宇宙大爆炸隨著膨脹，質(zhì)量會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生。

但這似乎與質(zhì)量守恒和質(zhì)能守恒定律都是相悖的，是宇宙的錯(cuò)，還是宇宙模型的錯(cuò)，還是本人推理的錯(cuò)？量子力學(xué)理論認(rèn)為，宇宙誕生前，虛無(wú)的真空中充滿(mǎn)著量子能量，在隨機(jī)的量子漲落中不斷產(chǎn)生出虛粒子對(duì)，這些正反粒子對(duì)隨時(shí)產(chǎn)生又隨時(shí)湮滅。

總體上宇宙是對(duì)稱(chēng)守恒的，但如果所有事物永遠(yuǎn)是完美的對(duì)稱(chēng)和守恒，就不會(huì)有我們世界的誕生。楊振寧和李政道發(fā)現(xiàn)的宇稱(chēng)不守恒定律，讓科學(xué)界揭開(kāi)了宇宙誕生之謎。正是守恒中出現(xiàn)對(duì)稱(chēng)性破缺，讓湮滅的虛粒子對(duì)出現(xiàn)了某個(gè)不湮滅現(xiàn)象，由此宇宙奇點(diǎn)出現(xiàn)了。

大爆炸宇宙論認(rèn)為，宇宙就是從虛無(wú)中創(chuàng)生，無(wú)中生有，質(zhì)量就當(dāng)然也是無(wú)中生有了。

粒子物理學(xué)家們建立了一個(gè)粒子理論模型，為我們理解宇宙中的基本粒子提供了一個(gè)框架，這個(gè)框架就是所謂標(biāo)準(zhǔn)模型，其中的主要成分之一就是希格斯場(chǎng)，這種無(wú)處不在的量子場(chǎng)中有一個(gè)基本粒子，就是所謂希格斯玻色子，又稱(chēng)上帝粒子。

正是這種粒子賦予了其他粒子質(zhì)量，就像神話(huà)中的上帝創(chuàng)造萬(wàn)物一樣地創(chuàng)造了這個(gè)世界。粒子理論模型已經(jīng)不是猜想，所有預(yù)言的粒子基本都已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中得到，上帝粒子也于2012年在世界上最大的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)中被找到。

那么，上述理論能夠解釋宇宙大爆炸普朗克時(shí)間的質(zhì)量與現(xiàn)在宇宙質(zhì)量懸殊之謎嗎？歡迎討論，感謝閱讀。

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標(biāo)簽： 普朗克時(shí)間 宇宙大爆炸 標(biāo)準(zhǔn)模型