有个悖论，物质都不能凭空出现，那最初宇宙是怎么诞生的？奇点之前呢？
你提出的问题，直击了我们对宇宙最根本的疑问之一，也是科学与哲学领域长期探讨的焦点。关于“物质不能凭空出现”和“最初宇宙如何诞生”，这确实是一个让人挠头但又引人入胜的悖论。让我们试着一点点剖析它。
首先，我们日常生活中观察到的“物质不能凭空出现”这个原理，来源于我们熟悉的牛顿力学和热力学定律，尤其是能量守恒定律。这个定律告诉我们，在一个封闭的系统中，能量的总量是恒定的，它只会从一种形式转化为另一种形式，而不会凭空产生或消失。比如，你烧一堆木头，木头中的化学能转化成热能和光能，但能量的总量并没有改变。
然而，当我们谈论宇宙诞生时的极端情况，特别是“奇点”之前时，我们所处的物理定律框架可能就不再适用了，或者说，我们需要的是一个更深刻、更全面的物理理论来描述那个时刻。
奇点：一个理论的边界
“奇点”这个概念，通常是在描述宇宙大爆炸理论时出现的。根据广义相对论的推导，如果我们将时间回溯到大爆炸的起点，宇宙会收缩到一个密度无穷大、体积无穷小、温度无穷高的点。这就是所谓的“奇点”。
问题就在于，当物理量趋于无穷大时，我们所知的物理定律就失效了。你可以想象一下，我们就像在尝试用一把尺子去测量一个黑洞的内部，但尺子在那个地方会扭曲到完全无法使用的地步。奇点就是我们现有物理学理论的“边界”，它告诉我们，在那个时刻，我们的理论无法给出答案。
所以，当问到“奇点之前”发生了什么，或者“最初宇宙是怎么诞生的”时，我们实际上是在问一个我们现有的物理模型还无法触及的问题。
突破现有框架的理论尝试
为了回答这个问题，科学家们一直在努力发展更先进的理论，试图超越广义相对论和量子力学的局限性，寻找能够统一描述宇宙早期极端状态的理论。其中一些比较有影响力的想法包括：
1. 量子宇宙学（Quantum Cosmology）
如果你把宇宙的尺度缩小到极小的量子层面，那么“凭空出现”的现象在量子力学中是存在的。例如，在量子场论中，真空并非空无一物，而是充满了不断产生和湮灭的“虚粒子”对。这些虚粒子在极短的时间内出现，然后又相互作用消失，但它们在短暂的存在期间仍然遵循能量守恒（以一种非常微妙的方式，通过不确定性原理）。
量子宇宙学就是试图将量子力学的原理应用到整个宇宙。在这个框架下，一些理论家提出，宇宙本身可能是在某个“量子涨落”中产生的。想象一下，在那个极早期，我们所谓的“时空”可能还不是我们今天理解的样子，它可能是一个更加模糊、更加量子化的状态。在这个状态下，一个微小的、能量上的涨落可能就“足够”产生一个非常小的、但充满能量的“早期宇宙”。这个过程并非从“绝对的空无”开始，而是从一个我们尚未完全理解的“量子真空”或者某种“初始状态”开始。
你可以这样理解：就像在量子力学里，一个电子可以瞬间出现在一个地方，又瞬间消失，尽管这看起来违反了经典直觉，但它在量子层面是允许的。量子宇宙学就是把这种“允许”的可能性，放大到整个宇宙的诞生上。
2. 弦理论（String Theory）与 M 理论（MTheory）
弦理论是一种非常有野心的理论，它试图将所有基本粒子都看作是微小的、振动的弦。弦理论需要额外的空间维度来保持其数学一致性。在弦理论的某些版本中，大爆炸的奇点可能被消除了。
一种流行的想法是“宇宙膜（brane）碰撞”。根据这个模型，我们的宇宙可能是一个存在于更高维度空间中的“膜”。宇宙的诞生，可能是两个这样的膜在更高维度空间中碰撞的结果。这次碰撞释放出巨大的能量，就像我们今天理解的大爆炸一样，从而形成了我们所处的时空和其中的物质。在这种情况下，物质和能量并不是从绝对的“无”中产生，而是从先前存在的膜的能量中释放出来的。
这有点像你把两张纸在空中碰撞，纸本身并没有消失，但碰撞产生的冲击波和能量可以被我们看到和感受到。
3. 循环宇宙模型（Cyclic Universe Models）
有些理论认为，宇宙并非始于一个单一的奇点，而是经历着不断膨胀、收缩、再膨胀的循环。在大爆炸理论的经典版本中，宇宙从一个奇点开始，然后不断膨胀。但在循环模型中，宇宙可能经历了一个“大挤压”（Big Crunch），即宇宙最终会收缩回一个致密的点（但可能不是一个真正的奇点），然后再次“反弹”进入下一次膨胀（大爆炸）。
在这种模型下，最初的宇宙“诞生”就不是一个绝对的起点，而是前一个循环结束后的“重生”。物质和能量也可能是在前一个循环的末期就已经存在，只是以一种我们无法想象的形式储存着。
“凭空出现”的定义问题
关键在于我们如何定义“凭空出现”。在日常经验中，“凭空出现”意味着从绝对的“无”中产生。但当我们进入量子世界和宇宙起源的讨论时，我们所说的“无”可能和我们想象的不一样。
经典意义上的“无”： 没有空间，没有时间，没有物质，没有能量。
量子意义上的“无”（量子真空）： 可能有空间（虽然很小或性质不同），有基本的物理规则，有能量涨落的可能性，有潜在的场。
如果宇宙是从一个“量子真空”或者一个“更高维度的膜”的相互作用中产生的，那么它就不是从绝对的“无”中产生的，而是从一个已经存在的“某种状态”中演化而来的。就好比一个婴儿并非从“无”中产生，而是从母体中孕育和生长出来的。
回到“最初”与“之前”
所以，当问到“最初宇宙是怎么诞生的？奇点之前呢？”，我们实际上是在探索那个我们现有物理学理论还无法完全描述的“前奏”。这些前沿的理论，如量子宇宙学、弦理论以及各种循环模型，都是为了填补这个知识的空白。
我们之所以难以理解，是因为我们的直觉是建立在日常经验的物理定律上的，而宇宙的开端是一个我们无法直接体验的极端情况。但科学家们通过数学模型和对现有物理定律的延伸，一直在努力构建一个更连贯、更深刻的画面。
总而言之，虽然我们不能凭空变出手机，但宇宙的诞生很可能遵循着一套我们尚未完全掌握的，但仍然是“有规则”的物理过程。那些“最初的出现”可能并非“毫无缘由”，而是从一个我们尚不能完全想象的“初始状态”中，依据更深层的自然规律而发生的。这是一个持续探索的过程，也是科学最迷人的地方之一。
首先，我们日常生活中观察到的“物质不能凭空出现”这个原理，来源于我们熟悉的牛顿力学和热力学定律，尤其是能量守恒定律。这个定律告诉我们，在一个封闭的系统中，能量的总量是恒定的，它只会从一种形式转化为另一种形式，而不会凭空产生或消失。比如，你烧一堆木头，木头中的化学能转化成热能和光能，但能量的总量并没有改变。
然而，当我们谈论宇宙诞生时的极端情况，特别是“奇点”之前时，我们所处的物理定律框架可能就不再适用了，或者说，我们需要的是一个更深刻、更全面的物理理论来描述那个时刻。
奇点：一个理论的边界
“奇点”这个概念，通常是在描述宇宙大爆炸理论时出现的。根据广义相对论的推导，如果我们将时间回溯到大爆炸的起点，宇宙会收缩到一个密度无穷大、体积无穷小、温度无穷高的点。这就是所谓的“奇点”。
问题就在于，当物理量趋于无穷大时，我们所知的物理定律就失效了。你可以想象一下，我们就像在尝试用一把尺子去测量一个黑洞的内部，但尺子在那个地方会扭曲到完全无法使用的地步。奇点就是我们现有物理学理论的“边界”，它告诉我们，在那个时刻，我们的理论无法给出答案。
所以，当问到“奇点之前”发生了什么，或者“最初宇宙是怎么诞生的”时，我们实际上是在问一个我们现有的物理模型还无法触及的问题。
突破现有框架的理论尝试
为了回答这个问题，科学家们一直在努力发展更先进的理论，试图超越广义相对论和量子力学的局限性，寻找能够统一描述宇宙早期极端状态的理论。其中一些比较有影响力的想法包括：
1. 量子宇宙学（Quantum Cosmology）
如果你把宇宙的尺度缩小到极小的量子层面，那么“凭空出现”的现象在量子力学中是存在的。例如，在量子场论中，真空并非空无一物，而是充满了不断产生和湮灭的“虚粒子”对。这些虚粒子在极短的时间内出现，然后又相互作用消失，但它们在短暂的存在期间仍然遵循能量守恒（以一种非常微妙的方式，通过不确定性原理）。
量子宇宙学就是试图将量子力学的原理应用到整个宇宙。在这个框架下，一些理论家提出，宇宙本身可能是在某个“量子涨落”中产生的。想象一下，在那个极早期，我们所谓的“时空”可能还不是我们今天理解的样子，它可能是一个更加模糊、更加量子化的状态。在这个状态下，一个微小的、能量上的涨落可能就“足够”产生一个非常小的、但充满能量的“早期宇宙”。这个过程并非从“绝对的空无”开始，而是从一个我们尚未完全理解的“量子真空”或者某种“初始状态”开始。
你可以这样理解：就像在量子力学里，一个电子可以瞬间出现在一个地方，又瞬间消失，尽管这看起来违反了经典直觉，但它在量子层面是允许的。量子宇宙学就是把这种“允许”的可能性，放大到整个宇宙的诞生上。
2. 弦理论（String Theory）与 M 理论（MTheory）
弦理论是一种非常有野心的理论，它试图将所有基本粒子都看作是微小的、振动的弦。弦理论需要额外的空间维度来保持其数学一致性。在弦理论的某些版本中，大爆炸的奇点可能被消除了。
一种流行的想法是“宇宙膜（brane）碰撞”。根据这个模型，我们的宇宙可能是一个存在于更高维度空间中的“膜”。宇宙的诞生，可能是两个这样的膜在更高维度空间中碰撞的结果。这次碰撞释放出巨大的能量，就像我们今天理解的大爆炸一样，从而形成了我们所处的时空和其中的物质。在这种情况下，物质和能量并不是从绝对的“无”中产生，而是从先前存在的膜的能量中释放出来的。
这有点像你把两张纸在空中碰撞，纸本身并没有消失，但碰撞产生的冲击波和能量可以被我们看到和感受到。
3. 循环宇宙模型（Cyclic Universe Models）
有些理论认为，宇宙并非始于一个单一的奇点，而是经历着不断膨胀、收缩、再膨胀的循环。在大爆炸理论的经典版本中，宇宙从一个奇点开始，然后不断膨胀。但在循环模型中，宇宙可能经历了一个“大挤压”（Big Crunch），即宇宙最终会收缩回一个致密的点（但可能不是一个真正的奇点），然后再次“反弹”进入下一次膨胀（大爆炸）。
在这种模型下，最初的宇宙“诞生”就不是一个绝对的起点，而是前一个循环结束后的“重生”。物质和能量也可能是在前一个循环的末期就已经存在，只是以一种我们无法想象的形式储存着。
“凭空出现”的定义问题
关键在于我们如何定义“凭空出现”。在日常经验中，“凭空出现”意味着从绝对的“无”中产生。但当我们进入量子世界和宇宙起源的讨论时，我们所说的“无”可能和我们想象的不一样。
经典意义上的“无”： 没有空间，没有时间，没有物质，没有能量。
量子意义上的“无”（量子真空）： 可能有空间（虽然很小或性质不同），有基本的物理规则，有能量涨落的可能性，有潜在的场。
如果宇宙是从一个“量子真空”或者一个“更高维度的膜”的相互作用中产生的，那么它就不是从绝对的“无”中产生的，而是从一个已经存在的“某种状态”中演化而来的。就好比一个婴儿并非从“无”中产生，而是从母体中孕育和生长出来的。
回到“最初”与“之前”
所以，当问到“最初宇宙是怎么诞生的？奇点之前呢？”，我们实际上是在探索那个我们现有物理学理论还无法完全描述的“前奏”。这些前沿的理论，如量子宇宙学、弦理论以及各种循环模型，都是为了填补这个知识的空白。
我们之所以难以理解，是因为我们的直觉是建立在日常经验的物理定律上的，而宇宙的开端是一个我们无法直接体验的极端情况。但科学家们通过数学模型和对现有物理定律的延伸，一直在努力构建一个更连贯、更深刻的画面。
总而言之，虽然我们不能凭空变出手机，但宇宙的诞生很可能遵循着一套我们尚未完全掌握的，但仍然是“有规则”的物理过程。那些“最初的出现”可能并非“毫无缘由”，而是从一个我们尚不能完全想象的“初始状态”中，依据更深层的自然规律而发生的。这是一个持续探索的过程，也是科学最迷人的地方之一。
网友意见
那是物理v1.0的过时知识了。
在物理v1.0里面，质量和能量是分别守恒的，质量守恒定律和能量守恒定理各管各的，谁都不碍着谁。
但后来物理学家发现质量守恒、能量守恒都是错的。能量和质量之间在严格限制的条件下可以相互转化(且可转换的是所谓的“动质量”)，转换比例由E=MC^2决定。但能量和质量的总和总是守恒的，这就是质能守衡定理。
换句话说，在物理v2.0里面，质量/能量各自并不守恒，但两者的总量守恒。
不仅如此，物理v2.0还发现，这个世界是量子的、概率的……
在新的图景里，“物质”或者说微观粒子无时无刻自动的从虚空中“冒”出来，就好像它们凭空“借”到了能量一样。但这种粒子并不能长久存在，很短的一瞬之后，它就会归还自己借来的能量、重新归于虚无。因此我们叫它“虚粒子”。
基于波粒二象性理论，每个微观粒子都会伴随一个波；而波有波长。那么如果我们弄出两块挨的非常近的平行金属板，这个狭小的距离就会限制虚粒子的产生，使得板子中间“涌”出的虚粒子少于自由空间。
我们知道，气压是粒子和物质表面碰撞所形成的宏观力；如果两块金属板之间的虚粒子密度可以更低，那么这些虚粒子碰撞产生的平均力（也就是压力）就会小于金属板外侧自由空间那密度更大的虚粒子产生的“气压”——哪怕整个装置置于真空，源于虚粒子的“气压差”也会毫厘不爽的出现。这个气压差在宏观上表现为一个静压力，它被命名为“卡西米尔力(Casimir Force)”。
这个力由荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔（Hendrik Casimir）于1948年提出，于1996年被实验证实。
显然，物质就是可以凭空出现、凭空消失；只是必须满足“质能守衡”的约束而已。
比如引起卡西米尔力的那些虚粒子，它们的出现就依赖于凭空借来的质量和能量；这个质量/能量亏空会在短短一瞬间被填补回去，于是虚粒子就消失了。
但是科学家发现，引力势能在性质上相当于“负能量”；且从天文尺度上说，这个能量和宇宙中物质质量所对应的能量恰恰匹配……这就引起了一个猜想：或许整个宇宙都是凭空产生的。
说的更具体点：整个宇宙都是“真空涨落”产生的虚粒子构成；只不过，这些“虚”粒子借来的能量迟迟没有归还、而是被以“引力势能”的方式记在帐上——记了过百亿年都没有归还而且似乎下一个百亿年也没有归还的意思。
靠着借来的这么一笔“巨债”，地球太阳银河系以及整个宇宙，就这么诞生了。
至于奇点嘛……首先，现有理论不支持从单一奇点“爆”出我们宇宙这样大尺度的均匀结构；其次，奇点并不是必需的，宇宙完全可以以某种不需要奇点的方式开始演化。
由于光速限制，我们仅仅能看到周围几百亿光年这个范围而已；或许更远的、从理论上就禁止我们看见的地方，有一片区域正在“宇宙收缩”呢——换句话说，我们能探测到的、最远最古老的宇宙空间未必就是宇宙的边缘，就好像我们看到的地平线并不是大地的边缘一样。
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