第1章 看看宇宙大爆炸(7/18)

以，只要假设真空爆胀场的能量密度是一个固定值，宇宙空间的大小就能随时间指数增加。

    接着看看爆炸前后宇宙的总能量变化。根据定义，能量密度等于能量除以体积，而体积等于长度的三次方。由于爆炸使宇宙的长度增加了10的26次方倍，可知宇宙的体积增加了10的78次方倍。又因为宇宙爆胀场的能量密度是一个固定值，所以爆炸前后宇宙的能量增加了10的78次方倍。假如爆炸前宇宙只有几百个氢原子的能量，那么爆胀后宇宙的总能量就会变成10的55次方千克，而10的55次方千克就是现在可观测宇宙的总质量。这个结论相当震撼，以往我们一直认为宇宙大爆炸起始点密度无限大、物质无限多，现在依据爆胀场理论，大爆炸的只需有几百个氢原子的能量即可，宇宙几乎所有的能量都是在10的负36次方秒到10的负32次方秒之间通过空间爆胀增加的。

    一、宇宙大爆炸能量来源

    那宇宙增加的这么多能量是从哪里来的呢？天文学的主流观点认为是从真空获取的能量，真空蕴含着大量能量，它存在高能量状态和低能量状态，就好比水库一样，大爆炸之前的真空处于高能量状态，大爆炸之后变为低能量状态。

    因为存在类似大坝高度固定的某种条件限制，所以真空能量的变化也是相对固定的，这就相当于真空暴胀场的能量密度是固定值。根据前面讲过的弗里德曼公式，暴胀场的能量密度固定会引发空间指数膨胀。

    另外，真空能量发生变化后，如同水库上游的水倾泻到下游，在下游积攒了大量能量。按照之前所讲，能量与真空相互作用能产生各种粒子，这些能量在下游的真空里形成了一团包含夸克、胶子、电子、光子等的粒子云，之后粒子云逐步合并形成质子、中子、原子核、原子、恒星和星系等。

    总之，真空从高能量状态转变为低能量状态，其能量数值变化相对固定，这导致了空间指数膨胀、能量损耗，同时在真空里激发出粒子云，正好对应暴胀场理论和大爆炸理论这两个互补的理论。在宇宙学领域，目前只有这两个理论有较多观测证据，暴胀场理论有部分观测证据，大爆炸理论至少有6个观测证据，其他理论基本缺乏观测证据。所以，宇宙大爆炸的能量很可能来源于真空势能的变
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