间端,为何宇宙处于高度有序
状态?为何它不在所有时间里处于完全无序
状态?毕竟这似乎更为可能。并且为何无序度增加
时间方向和宇宙膨胀
方向相同?
在经典广义相对论中,因为所有已知科学定律在大爆炸奇点处失效,人们不能预言宇宙是如何开始
。宇宙可以从
个非常光滑和有序
状态开始。这就会导致正如
们所观察到
、定义很好
热力学和宇宙学
时间箭头。但是,它可以同样合理地从
个非常波浪起伏
无序状态开始。在那种情况下,宇宙已经处于
种完全无序
状态,所以无序度不会随时间而增加。或者它保持常数,这时就没有定义很好
热力学时间箭头;或者它会减小,这时热力学时间箭头就会和宇宙学时间箭头相反向。任何这些可能性都不符合
们所观察到
情况。然而,正如
们看到
,经典广义相对论预言
它自身
崩溃。当时空曲率变大,量子引力效应变得重要,并且经典理论不再能很好地描述宇宙时,人们必须用量子引力论去理解宇宙是如何开始
。
正如们在上
章看到
,在量子引力论中,为
指定宇宙
态,人们仍然必须说清在过去
空间-时间
边界
宇宙
可能历史是如何行为
。只有如果这些历史满足无边界条件,人们才可能避免这个不得不描述
们不知道和无法知道
东西
困难:它们在尺度上有限,但是没有边界、边缘或奇点。在这种情形下,时间
开端就会是规则
、光滑
空间-时间
点,并且宇宙在
个非常光滑和有序
状态下开始它
膨胀。它不可能是完全均匀
,否则就违反
量子理论不确定性原理。必然存在密度和粒子速度
小起伏,然而无边界条件意味着,这些起伏又是在与不确定性原理相
致
条件下尽可能
小。
宇宙刚开始时有个指数或“,bao涨”
时期,在这期间它
尺度增加
个非常大
倍数。在膨胀时,密度起伏
开始
直很小,但是后来开始变大。在密度比平均值稍大
区域,额外质量
引力吸引使膨胀速度放慢。最终,这样
区域停止膨胀,并坍缩形成星系、恒星以及
们这样
人类。宇宙开始时处于
个光滑有序
状态,随时间演化成波浪起伏
无序
状态。这就解释
热力学时间箭头
存在。
如果宇宙停止膨胀并开始收缩将会发生什呢?热力学箭头会不会倒转过来,而无序度开始随时间减少呢?这为从膨胀相存活到收缩相
人们留下
五花八门
科学幻想
可能性。他们是否会看到杯子
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