网友提问:
宇宙爆炸那一刻,是不是比光速还快?
优质回答:
施郁
(复旦大学物理学系)
在宇宙诞生过程的极早期,大概10^-36秒到10^-36秒到10^-33秒或10^-22秒,这是强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用是统一的,宇宙经历一个暴涨时期,速度非常快,确实是超过光速的。 在这个阶段,宇宙大小是指数级增长的,正比于e^{t/tau},tau大概是10^-38秒。由此可以算出,在10^-36秒中,宇宙大小从一开始的普朗克长度(大概10^-35米)暴涨为10^-3米。也就是说,平均速度大概是每秒10^33米,远远超过光速(每秒3*10^8米)。
理论上之所以提出这个暴涨理论,是因为为了解释宇宙的几个观测事实。主要地,一是宇宙在大尺度上是平坦的,一是宇宙在大尺度上是均匀的,即使是相距遥远、超过自大爆炸以来光能到达的距离。那么这个暴涨又是由什么驱动的呢?理论家提出,是具有负压强的真空能。
但是这种超光速不违反相对论,因为这不是物理信号从一个地方传输到另一个地方。
其他网友观点
当你读宇宙学的时候,你可能已经读到了宇宙微波背景(CMB)。在CMB诞生之前,宇宙对光是不透明的。因此,我们永远看不到CMB以外的地方,也因此永远看不到宇宙大爆炸的瞬间。因此,没有直接的方法来判断扩张是否在某些时候比光速更快。但是有几个间接的证据可以告诉你关于早期宇宙的情况。
但首先,我来告诉你,如果宇宙扩张的速度确实快于光速,将会发生什么。在这种情况下,视界距离将是以光速扩张的点,也就是所谓的“视界的尽头”。
所以,如果宇宙扩张的速度从来没有超过光速,如果不是因为在那个时代之前阻挡光的CMB,那么我们可以看到宇宙大爆炸。但是,如果在某一时刻,它的扩张速度确实超过了光速,我们将看到“视界的尽头”。
标准宇宙学大爆炸有一些问题,可以通过“膨胀期”(宇宙的指数膨胀,速度比光速更快)来解决。标准宇宙学的问题是:(A)平面问题(B)视界问题和(C)密度波动的起源(发展为今天的星系和恒星)。
膨胀宇宙学解决这些问题的方式如下:在宇宙的早期,它经历了一个叫做膨胀的阶段,在此期间,宇宙膨胀了10^50多倍,时间尺度在10^-30秒内。因此,有一些证据表明宇宙确实经历了一段比光速更快的膨胀期。但正如你所看到的,证据是相当间接的,而不是我们可以直接看到的东西。
其他网友观点
如果大爆炸是真的,爆炸初期的膨胀就超越光速,一直到现在宇宙的膨胀速度仍然超越光速,这说明什么呢?这显然光速不可超越就是站不住脚的。然而宇宙之中的光速、电磁波速度、引力波传播速度为什么是个恒定值有不可超越呢?这说明大爆炸形成宇宙后,是宇宙中的某种不明介质决定的。在宇宙中已知物体和能量的传播速度是无法超越光速的。而宇宙之外是可以超越光速的,有些未知事物如量子纠缠的信息传播速度也会是超越光速的。
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