能量守恒和宇宙起源

平等性
楼主 (文学城)

能量守恒,是现代物理学的一个重要原理。很多人甚至把它当作公理来看待。

我写这篇文章,并不是想挑战这个原理。否定这样一个物理学原理的可能性其实还是有的,不过那肯定远远超出了我的知识结构,就留给将来的人或是神去做吧。我想聊的,是由此产生的一个悖论。

首先,让我们假定能量确实是守恒的,也就是说不管我们现在所知所能观察的势能,热能,核能,还是我们所不知道所不能观察的其它能量(比如说暗能量),它们的总量是不变的。换一句话说,宇宙的变迁,星系的兴衰,人类的出生灭亡,都只是形式上的变化,不会在根本上改变这个总量。

好了,问题来了。我们现在所认识的能量,本身是一个标量,也就是说没有负能量的定义;那么,把所有的已知和未知的能量加起来,这个总和应该是个非常大的值。具体有多大呢?这个肯定超越了我的认知。我甚至可以大言不惭地说一句,也超越了过去,现在,以至于在有限的未来,所有智慧生物的认知。但是,不管有多大,它总归还是一个有限的正数值。

那么,这个恒常不变的能量总值,它是从何而来的,它有起点吗?这就是我所想到的一个悖论。为什么说是一个悖论呢,如果我们假设宇宙是一个从无到有的变化过程,那么这个从零能量到现在的能量总值的变化过程,它本身就有违于能量守恒的原理。如果从相反的角度来思考,如果宇宙不是从无到有,能量从一开始就是守恒的,那么,最初的能量又是从何而来?

现在的大爆炸理论,是假设由一个奇点膨胀到现在的整个宇宙。根据能量守恒原理,那么,这个奇点必须是有能量的,而且它的能量应该等于我们前面所讲述的总量。如果这样的假设成立的话,那么奇点的巨大能量从何而来?

当然,关于宇宙的起源,大爆炸理论只是一种猜测。我觉得不管是何种理论,关于这个总能量的起源问题总是一个绕不过去的谜团。我自己的想法是,也许能量守恒原理仅适用于我们这个宇宙本身,并不适用于它之前或是之后的那些未知的领域。

当然,还有一些开脑洞的理论。其中的一个理论是这样的,我们的宇宙,是一个无限开放系统中的一个子集。这个有点烧脑,我试着用佛家的思想描绘一下。佛家说一花一世界,假设我们的宇宙就是这样的一朵花;而那朵花所属的宇宙,有可能是另一个宇宙中的一朵花;以此类推。如果这是一个无限开放的系统,那么,能量总和还是可以守恒,但是,这个总能量却是一个无穷量。

还有一个理论,是无限循环假说。它的思路是这样的,我们的宇宙,是由奇点的大爆炸产生的。经过万亿年的膨胀以后,这个宇宙就会开始收缩;在经过万亿的收缩,整个宇宙就会收缩到一个奇点。然后,新的一轮大爆炸,膨胀,收缩。这样的过程,周而复始,无始无终。

除此之外,还有一个更复杂一点的假说。它的大致意思是,我们现有宇宙中的每一个黑洞,它所对应的,都是一个新的宇宙;只不过,我们没有办法穿越黑洞的事件视界,去了解那个新宇宙中的任何信息;而那个新宇宙里的智慧生物(如果有的话),也没有办法穿越黑洞的事件视界来了解我们所处的宇宙。同理,我们自己的宇宙,其源头,则是另一个宇宙系统中的许许多多个黑洞中的一个。这就是一个多重宇宙的假说,和我前面所提到的佛家的一花一世界倒是有异曲同工之妙。如果进一步推演一下,平行宇宙的概念,也可以套在这样的假说里面。

多瑙提到的量子涨落理论,则是另一种假设。这个理论类似于我们现在所观察到的在真空中随机产生的正负电子对。通俗一点说,就是我们的宇宙,是由一片具有能量场的虚空所随机产生的。不仅如此,这一片虚空还可以随机产生出多重宇宙。记得以前和老枪兄交流过佛家所表诉的虚无是万物本质的问题,我觉得这个理论也有异曲同工之妙。

现在的问题是,虽然这些个假说听起来都花里胡哨的不怎么靠谱,但是要想在理论上证伪却也很不容易,这是因为这些平行的宇宙,镶嵌的宇宙,无限循环的宇宙,多重宇宙,它们彼此之间都是不可观察,也是不能相互理解的,这也就是佛家所说的不可思议。这里所说的不可思议,并不是说我们人类的智慧不够,而是说我们没有办法获取超出本宇宙之外的任何信息,也就无法想象另外那些个宇宙的表现形式和客观规律。

我个人比较倾向于接受大千世界是无始无终的。我这里所说的大千世界,不是单指我们现在所生存的宇宙,而是包括了前面所讨论的所有宇宙的总集或者说是无限集。当然,不管是什么理论,仅仅就我们这个单一宇宙来说,在空间上是以亿万光年,在时间上是以万亿年为尺度的。

考虑这么大时空尺度上的宇宙起源问题,就像那个谁说的,可不就是闲的发慌吗

 

波粒子3
宇宙的能量总值是零

d
donau
大爆炸不是猜测是广义相对论推出来的那个我可以聊几句。包括下面陶三对量子力学力学这两个字的质疑都不是随便说的

大爆炸不是猜测是广义相对论推出来的。那个我可以聊几句

平等性
嗯,网友猜的很大胆,可惜没有推理过程,愿闻其详
平等性
好呀,俺洗耳恭听呀 :) 现代物理理论对广义时空和量子力学一直不能达成统一,我很想知道有没有最新的进展。还有,根据弦论

能否推出大爆炸来呢?

 

波粒子3
古典力学的概念,位能是负的
老键
奇点的一个意思就是物理学原理在其上不存立。宇宙总能量为零也只是个不负责任的取巧说法

宇宙大爆炸如果能量太小,宇宙会很快塌缩归零,能量太大,宇宙难以形成万有引力而产生星团。大爆炸能量刚好才有今天人类存在的宇宙。

陶陶三
平兄说的这么多假设,我觉得是可以一锅乱炖的,会不会,所谓大爆炸,就是啤酒液里新吹出的一个泡泡?
平等性
在古典力学中,势能是一个标量函数,是没有方向的
平等性
对于宇宙总能量为零的假说,我自己也不是很信服。不过呢,这个能量守恒的悖论,还是不容易解决
平等性
你说的这个无边无际的啤酒杯,为什么不能是另一个宇宙系统呢?问题是,这个无边无际的啤酒杯的起源是什么? 在佛家的体系里面,

这些都不是问题,因为不管是哪一层的宇宙系统,它的本质都是空。

所以无烦恼

老键
为什么悖论一定要解决呢?这个物质世界和我们的生命充满悖论,悖论解决了我们都成佛陀了
波粒子3
粒子的质量也没有方向
陶陶三
空这个字,容易让人想到什么都没有。从科学角度,从物理角度,更像是一个“场”。场是虚空的,但有能量,可以通过频率,“产生”

物质。

能量可以转化为质量。

半垧
能量守恒,物质守恒,星星都哪来的,有生于无? 狭义相对论说,E=mc2,质量和能量是同一物理实体,可以相互转化。越想越蒙
平等性
不管是古典力学,还是现代物理学,都只有能量守恒的定律,可从来没有质量守恒的说法呀
平等性
哈哈哈,老键兄够洒脱,真是天生有佛性呀 :)
平等性
关于空,很多人都有误解。我自己的理解是,空,既不是空间的空,也不是空有的空,
平等性
物理学只有能量守恒的原理,从来就没有物质守恒这样的说法。无中生有,不仅仅是假说或是理论,而是被实际观察到的物理现象
波粒子3
位能加质能为零
波粒子3
化学用物质守恒平衡化学反应方程式
半垧
维基百科:质量守恒定律(law/principle of conservation of mass)是自然界 的基本定律
半垧
请解释,无中生有是怎么观察到的?人有限的观察力,是不可能观察到*无*的。没看见,能排除*有*吗?
半垧
从前,也没人看见细菌,分子,原子。
平等性
所谓自然界的基本定律,是需要看应用范围的。如果说是在化学反应的封闭环境,质量守恒还算是成立的。在相对论力学诞生以后,我们

开始认识到,即使是同一件事物,它的质量会随着速度的变化而变化。当速度趋近于光速的时候,质量甚至会接近无穷大。在这样的程度,哪里还有什么质量守恒?

而且,根据爱因斯坦的质能方程,质量是可以转换为能量的,比如说核裂变和核聚变反应。在这样的反应条件下,再谈质量守恒,是不是就有些风马牛不相及了。

平等性
网友讲到了一个关键,那就是该如何去定义“无”。以前的人类,认为只要是不能直接观察的,就是“无”。这样的理解当然是片面的;

比如说氢气和氧气,在几千年的人类历史中都是不能直接观察的。结果当我们把氢氧结合,在高温下,竟然产生了可以观察的液态水。不过呢,以我们现在的眼光,这当然不能叫做无中生有。

那么,我们能不能“无”的条件定义得更严格一些,比如说,绝对的真空算不算“无”呢?

如果您认为算的话,那么,无中生有也是成立的,这就是我想表达的意思。这里有一篇科普文章,阐述得稍微详细一些,也有一些具体的实验观察的例子。

https://new.qq.com/rain/a/20240208A03EAA00

祝周末愉快!

半垧
维基百科:能量守恒(总能量,包括静止能量)及质量守恒(总质量,不止是静止质量)在相对论下仍然成立,而且是等效的定律
半垧
我们都不是玩理论物理的,你网上抄一段,我网上抄一段,大家都 Open Minded 就好。
平等性
俺的确不是玩儿理论物理的,不过说到做文抄公,那倒从来没有过。这倒不是啥假清高,而是因为俺有职业病,没这个习惯 :)
半垧
维基百科:量子力学中并不遵守能量守恒,而在狭义相对论中能量守恒定律会转换为质能守恒定律。
久经沙场的枪
听说的,没细究过:真的和道家有关,一开始啥都没有,然后无中生有,生出来正能量和负能量,正物质和负物质,正负相加等于零
平等性
这个俺还真不知道,谢谢分享,长见识了
平等性
我一直不太理解这个负能量。正负物质好理解,结构相同,质量相同,只是电荷相反,但是,依照质能方程,都是正能量呀
老键
我猜想,普天之下大概只有佛陀一人明了宇宙是如何运作的,神又是什么,但却苦于无法用语言表达万一,可怜见只能拈花一笑

科学在宇宙纪元时间表上与诞生越来越近,但在认知上的距离还是无穷无尽

久经沙场的枪
科学家,为了补一个窟窿,得挖十个新窟窿出来。
老键
佛教佛学到今天叠床架屋,是最复杂的信仰系统,但有多少是来自佛陀的真传呢?除了连串的如是我闻

据说佛教在进入中土前还是比较亲民的,如今拒人千里之外,对广大草民只是一种迷信形式,这是毁了还是光大了佛教?对不起歪楼了。

平等性
老键兄所言的确是很一个很真实的现象。我自己是这样看的,想要了解世界的本质,实现个人的解脱,本就是一件极不容易的事情;

这不仅仅是说佛家的思想,任何一个哲学体系,其最终的目的不是就是为了这两点吗?

我就没有发现有哪一个哲学体系是容易的。我老婆她们查经班每周读圣经,讨论个中深意。一本圣经都读了好多遍了,还有不断地有问题。伊斯兰教每天需要五次祷告,我相信很多人对可兰经都可以倒背如流了,却还在不断精进。都不容易啊。

回到佛家的体系,大藏经上万卷,不仅仅是对中土,对任何一个地方的佛门弟子都是巨大的挑战。相比较起来,中国本土化的禅宗讲求明心见性,不落文字,已经算是够简化了,不够需要学的理论基础也还是挺多的。

不过呢,想想我们自己求学的道路,所谓十年寒窗,各种科学,自然,哲学的思想也学习了不少。再加上这么多年来的积累,读了万卷书的朋友估计也不在少数。这样看起来,学习佛家思想也不是不可能完成的任务。

只不过,就像孔夫子所言,吾未见好德如好色者也,估计大部分的人都和俺一样,不仅有知见障,而且还是饱暖思淫欲的懒骨头

平等性
俺现在写文章,都是用的Google Docs。我一般是先在那里把文章写好了,再贴出来。这几年试过不少的字体和排版格式,

后来确定下来了一个还比较满意的,就一直沿用到了现在。

 

d
donau
你这个理解的角度非常非常对解释的不对
老歌好听
正整数?