如果能量是守恒的,那么启动宇宙的最初的能量是哪来的?

我知道大概不会有一个标准的答案。但是也请介绍一下目前一些比较靠谱的猜想。

推荐  (2) | 116人关注关注
80个答案

Sheldon理论物理博士,科学松鼠会成员

2012-03-18 10:26

好问题,首先,描述宇宙必须用广义相对论。
但是,在广义相对论中,很难明确定义什么是宇宙的能量。
如果退而求其次,考虑宇宙任意一点的能量动量张量(可以粗略地理解为能量密度),那么爱因斯坦方程告诉我们,物质的贡献和“引力场”的贡献刚好抵消。也就是说,“物质的正能加上引力场的负能等于0”。这就在某种意义上保证了“能量守恒”。
于是可以理解为,宇宙从0当中借到了能量,获得了创生。

99 0

章鱼喵.时见疏星理论物理专业,西夏文爱好者

2013-03-31 09:11

@Sheldon 的解释是适合大众科普的。我来添加些稍微专业点的科普吧,就是解释一下 Sheldon 的答案。

Sheldon 语录详解!

-----

题目确实可以用所谓的Zero-energy Universe 假设来回答。这个假设说的是,宇宙的总能量为零,还是 exactly 为零。引力的能量是负的,物质的是正的,加起来是零。

那为什么是零呢?不是假设一下就算了的。要解释。[1]
但是 Sheldon 在答案中提到了:「在广义相对论中,很难明确定义什么是宇宙的能量。」
为什么很难呢?其实不是很难,简直是不可能的事情,这是 Einstein 的广义相对论本身的基本假设所决定的,罪魁祸首就是那个等效原理,或者说是几何画。
我们把引力几何化之后,原则上来说,就不能再去考虑引力场的能量了。但是我们发现一个很诡异的事情,真空中的引力波是可以携带能量的。也就是说,引力场的能量不得不考虑。
那引力场的能量到底是什么呢?单从量纲来看,Einstein 方程给出了一个想法。Einstein 的方程是什么?

(\(T_{ab}=\frac{1}{\chi}G_{ab}\))
从量纲分析的化,坐标是某点的物质场的能量动量的密度,那么右边也必然是相应的引力场的能量动量的密度吧?(Lorentz 的想法)
很可惜。错了。为什么呢?Einstein 有专门的文章来反驳这种观点,而是支持另外一种观点,就是用一个比较复杂的形式来表示引力场的能量,我们就记作 \(t_a^b\) 吧。
但是呢,这个观点也不完美,因为大家发现这个量有时候是跟坐标系有关的!这!!可!!不!!行!!如果跟坐标系有关,我们还研究个头物理啊。换成极坐标就变个值了,再换成直角坐标就又换个值。那可太诡异了。

后来大家终于意识到了。原来广相里面的引力场的能量是非定域的!一般情况下,我们不能讲某点的引力场能量为多少多少,那就没法算积分从而得知整个体系的了。那么也就是说,我们不能谈一个给定的空间中,引力场的能量是多少多少。

这就是为什么 Sheldon 讲了不好说宇宙的能量。

-----

那 Sheldon 语录中的「退而求其次」是什么意思呢?

上面我们进入了一个逻辑怪圈。我们虽然承认引力能量存在,但是却说不清楚引力能量到底存在在哪里。
但是这并不能阻止我们聪明的物理学家和数学家们。
虽然我们不能讨论一般性。我们可以讨论特殊情况嘛。或者说,我们可以讨论有适用范围的引力场的能量密度。

如果宇宙是一个完全均匀的存在,那么我们怎么会不能算引力的能量密度呢?这跟我们大家生活的所谓的 Minkowski 空间是共形的,又是几乎平直的,可以分解成 3 维的空间和 1 维的时间。但是有个问题,其实这个分解并不彻底。而且是个随着时间变化的空间,不是稳态的。那也难不倒我们,因为有一个著名的 ADM 四动量,也有朗道—栗氟西兹的定义(我们要用的),等等,他们可以给出相同的总能量积分。

我们可以严格的证明,对于整个宇宙的演化历史来说,由朗道—栗氟西兹定义推导出的一个范围内的能量,对于一个平直的宇宙来说,是零。 [2]


-----

宇宙起源于一次涨落的说法(Vacuum genesis ),来源于一个叫做 Edward P. Tryon 的人。[3]
据说这是来自于一个笑话一样的讨论,但是 Tryon 却把这个理论做出来了。


-----


[1] 实际上这个想法最早应该是 Schrodinger 隐隐约约提到的。Schrodinger 曾经注意到对于一个点质量,所有能量分量都为零。但是这个观点受到后来的 Einstein 的反对。
[2] http://link.springer.com/article/10.1007%2FBF02109127
[3] http://www.nature.com/nature/journal/v246/n5433/abs/246396a0.html

10 0

以前看过一本书是这么说的:真空是“无”和“有”的分界线,像水面一样。宇宙就像水下的泡泡,上升过程中越变越大,最后“砰”的突破水面炸开了……

10 1

D.C.A.A数学、物理控 典型Geek

2012-03-18 12:13

宇宙是总体守恒的,但有很短的时间能量不确定,所以就“无中生有”了……

9 0

rossolimo影像医学与核医学博士

2012-03-19 10:46

M理论说的可能是第11维的另一个膜撞击了这个宇宙

能量守恒定律可以定义为“最高级真理”,即正说反说均有意义。正说时统计地说,能量总体改变为0;而反说就是能量“从不守恒”,讨论最小时空单位即普朗克常数尺度时,能量经历着每时每刻创生毁灭的过程,生和灭造就了时间的“假象”,这也同时解决了某些哲学者费力想证明运动的可能性问题,如果能量绝对意义守恒,万物将静止不动才更好一些。

7 0

我认为:能量守恒如果在人类目前的发现结果中完全适用,那么,整个宇宙都会适用。

而依照这样的思路向下想象:一定有负能量与之相对,只不过人类到目前为止没有相应的理解能力使之成为人人都能理解

2 1

我觉得是宇宙是无中生有来的。
就像数字0一样,巧妙而神秘。
0=3-3=0.3333333-0.3333333

2 2
支持者: 土豆地蛋 勇往直前

这里可以这么假设吗?

如果只是重组了一下呢。就是说这个问题本身就是伪命题,能量一直没变化,只不过是在空间时间物质间转换了

前两天提出个关于热2的问题,讨论的结果是有些问题只能限定在一部分问题里面谈,就是西方的学问是建立在一定假设基础上的思想实验,我们应该面对的问题也许是这种条件永远也不存在但他却是实在构成世界的一部分真理。

例如完全封闭的系统。

2 2

不是有反物质吗。其实一切都是虚空,给你几百亿年折腾一下,然后统统寂灭。

0 0

霍金说过,空间带负能量,物质带正能量,这两者是可以相互抵消的

0 0

“零”的存在形式可以计算吗?
甚至于:积分起来是“零

0 0

在哪看到的 宇宙可能就是量子泡沫下的产物==

0 0

无中生有,一个0转变成了-1和1,我们生活在1里,还有个反物质世界(-1)。呵呵。个人杜撰。高中物理老师说这个问题科学界还没解决,说不用我们纠结。

0 0

万有引力、能量
也许宇宙永恒,没有最初

0 0

Tache_Yi生物力学硕士 编程爱好者 cosplay道具师 ...

2014-09-03 13:05

我们这个离散宇宙属于一个连续宇宙的离散化投影,连续宇宙是无限可分的,任何一个小片段都能诞生出无限的任意复杂度的离散宇宙,在连续宇宙看来,根本没什么能量不能量的说法,一切可能存在的有限的离散排列都能从连续宇宙中找到。就像理论上在圆周率中存在世界上可能存在的一切可编码的作品一样。
(其实这是瞎扯)

0 0

也许宇宙的灭亡和诞生是一个不断交换的过程,诞生一段时间后灭亡二灭亡后又马上诞生。可能不是一个不存在很久很久然后突然某一天诞生这样,从诞生开始就向灭亡过度而刚灭亡就又马上向诞生发展?

0 0

我们的认知都是需要一个基础的,或者说一个起点。
宇宙大爆炸被当做时间的起点,那么,在这个起点之前的东西,暂时未能纳入我们的认知范围……

0 0

所有有理数1+2+3+4+5.......等于一个负数-1/12(自己搜视频解释)。这还说得不够清楚了么?

你写一个程序,当内部出现无限循环,内存溢出或者异常,返回一个错误代码 -1/12。

0 0

.科幻迷是这样说的.......像能量那样许多抽象的概念,只要描述他的现象不管他的本质才好,我们只是观察概括者,科学在一次次更新,也许未来有更新的理论可以解释,现在解释不了就别解释了。我觉的科学像是高级统计概括描述学,现在解释不了可能是观察的高度不够,干嘛要勉强解释

0 0

我认为在大统一论明晰之前这个问题无法得到解释,因为现在人们也还没搞清宇宙中各个能量,物质甚至空间时间的相互关系,不过看了这么多回答,我倒觉得解决 爆炸之前宇宙里的那些密度温度都天文数字的物质哪来的 这个问题,那么讨论的问题也就解决了~ 相比之下,我还是比较支持 能量涨落,从无 分为了 正与负,而正就是我们传统认识的宇宙,至于负,交给那些大神们吧~~

0 0

好像在哪看过一句话,说的是在黑洞面前,物理学不存在……黑洞如此,能量守恒如何适用于宇宙?我觉得现有定律再过个几千年也会发生彻底的变化的,也许那时候我们的后代才知道答案吧

0 0

我觉得是两种相反的物质相互抵消成为一个平静的未大爆炸的宇宙,然后可能被其他宇宙不小心震荡了,两种能量物质脱离本来的和谐

0 0

如果能量守恒 也没有什么最初的能量这一说了 应该是一开始就存在一直守恒到现在
以现在的观测结果来说可能一开始是不守恒的 会发展成一个相对守恒的阶段
然后又不守恒 一直交替反复下去

0 0

leuk无法查询到解释的CE

2014-09-04 12:34

空间的震荡
在时间轴上显示爆炸和形成黑洞
周而复始

0 0

AS001为科学之美着迷 又贪恋人间灯红酒绿

2014-09-04 15:08

第一推动,上帝干的


你还可以问下宇宙是怎么来的

0 0

总体守恒不代表每个部分都守恒吧?也不代表状态和性质一定稳定吧——就好像地球,即使没有宇宙射线、外来引力或者流星之类的外力干扰,假设我们能把地球隔离开来,地心还是照样会高温,火山还是照样喷发。

——即使地球的质能总体不变,人类还是能用现成的资源制造核武器,把地球炸个稀烂:地球可以、人类可以,宇宙当然也可以。

0 0

不可能有标准答案,只有猜想,也没办法证实,所以呢

0 0

几个感觉,不一定正确:

1、时间、空间、物质、能量说到底可能就是一回事,本质上是统一的。

2、整个宇宙都是在振动,一个大一统的振动,爆炸之后收缩然后再爆炸。

3、宇宙无限吗?很难说,说不定宇宙的边缘便是我们出发的地方。

4、胡乱猜测,别打我!

0 0

从头看下来,大部分都看懂了,感觉就是玄之又玄。。。

0 0

就像是牛顿认为的太阳系,按照牛顿的模型,太阳系需要第一推动力,才能使得他的万有引力启动,使得行星等除太阳以外绝大多数天体,能够围绕太阳旋转,而广相解释为,没有第一推动力,当太阳开始聚集,拥有了质量,便弯曲了周围的时空,引力就此获得,且以光速传播。

就像那时的人觉得光需要以太传播一样,我们再次遇到了新的以太。虽然并不清楚,遇到的新的以太究竟是什么。

0 0

有正能量,自然就有负能量,初始为零,为空,产生多少正的,就产生多少负的

0 0

宇宙就是个黑洞,我们生活在黑洞里

0 0

通过“宇宙从0当中借到了能量”想到,大概本来就是0,而爆炸后自然将其正负区别开来。

我们划分出正能量负能量,由物质衍生出反物质,反空间等等,规定可见可感的能量为正,那些抽象的不易观测的能量为负,想象着人类生存的为正,万物都有其反向。

于是相抵消为0啦…


0 0

不要去幻想宇宙诞生前发生的事件,物理学定律在那个时候是失效的

0 0

大爆炸理论告诉大家:宇宙没有起点没有终点。一直在轮回之中。所以这个问题被绕过了


真有要有个原因的话:人择原理

0 0

这个问题涉及到宇宙的起源,目前没有答案,只有猜想。。

我比较相信的理论是,宇宙起源于宇宙大爆炸;时间,空间,物质都是那一瞬间炸出来的。。

那么炸出来的物质,又是怎么来的呢?我比较相信的猜想是:当一个恒星向内塌缩成一个黑洞--他的所有物质都集中在一个点上,在另外一个空间,他就会发生一次宇宙大爆炸,就像我们宇宙形成时那个奇点一样。。。然后就在另外一个空间诞生了一列的时间空间和星球.

所以我们的宇宙物质来源于一个维度的一个超巨大的黑洞的形成。

0 0

如何来的?如何出现?这是我们的惯性想法,不给宇宙本就存在,,,我们都被惯性思想和人性局限,或许没有存在与否,

0 0

宇宙怎么形成跟能量守恒有关系吗?给提供个模型你换位想想看,ABC三个钢球,其他的全部因素先删除掉,A球对于你速度V+,B球对于你速度0,C球对于你速度V-,请问怎样才能将A球跟C球相对你的速度变成0?当然不是让你想这个问题,是让你换各个角度去想。

1 2
支持者: 滴血雄鹰

“初始”这个词就值得思考,你怎么知道是初始?而不是以前的延续?如果无始无终呢?

0 1

三个问题:
1.逻辑问题。如果说能量守恒,那么能量可以被分为两类,最终可以化为两个独立事物之间的影响关系,又由此推出必然有个初始状态,而初始状态只能是静止的,要动就必须求助于其他力量,新要素的增加才能打破这种平衡,而新要素的增加又必然否定能量守恒;就是说,要运动就必须不守恒,要守恒就无法运动。
2.认知问题。最终能量是否守恒,人都无法理解,因为人的理性要求人追求两种,而逻辑只能推出最多一种。但无论是哪种,人都可以接受,因为人能够接受现在的事物,同样可以接受其他事物。事物运动或不运动都是奇异的,如同人会呼吸一样,也是奇异的。
3.接个电话忘记了,回想了半天也没能成功。
可以参看康德的二律背反。

0 1

扬扬767607我的脑袋不干一般的活

2015-01-17 20:59

我不否认宇宙开始于奇点,我基本接受目前的量子理论和经典物理理论。对物理,化学,宇宙学关注了30余年,我想我找到了宇宙的秘密,可以用模型描述宇宙几个关键节点的状态,可以描述暗能量和暗物质的位置以及他们对我们所处世界的影响,很想和最强大脑的专家团取得联系,展示这全地球全人类未曾涉及的知识和动态演化过程,当然我也需要科学家和相关仪器的帮助来更好的展示我大脑中的发现,我叫赖明在湖南湘潭电话是13973225770,希望能联系上魏教授。

0 2

启动宇宙这个……
您先定义一下

查看更多

添加回答

登录 后回答问题,你也可以用以下帐号直接登录

相关问答

关于我们 加入果壳 媒体报道 帮助中心 果壳活动 家长监控 免责声明 联系我们 移动版 移动应用

©果壳网    京ICP证100430号    京网文[2018] 6282-492号    新出发京零字东150005号     京公网安备11010502007133号

违法和不良信息举报邮箱:jubao@guokr.com    举报电话:18612934101    网上有害信息举报专区    儿童色情信息举报专区