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【天天播资讯】宇宙大爆炸时的能量有多大？推演出一个令人难以置信的真相

来源：科普中国

有朋友邀请回答一个这样的问题：宇宙大爆炸10^-43s时温度10^32K，换算成能量是多少ev?


(资料图)

这个问题看似很高大上，却包含了1个错误：能量与温度无关，只与质量有关，遵循爱因斯坦的质能方程。能量的单位是焦耳，符号表示为J；ev是电子伏特的表达符号，与能量单位焦耳存在一个换算关系，1J=6.2415*10^18eV。

我在解答这个问题过程中，根据大爆炸宇宙模型，对宇宙质量进行了一个推测，结果得到一个不可思议的结果，这个结果完全颠覆了我的认知，一直以来我笃定崇信大爆炸宇宙论理论推演出来数据，现在迷惑起来。

标准模型对宇宙大爆炸在普朗克时间的描述/目前科学界公认的大爆炸宇宙标准模型认为，宇宙是约138亿年前，由一个体积无限小、密度无限大、曲率无限大、温度无限高的奇点爆炸诞生的，这个奇点既然体积无限小，是无法计算其温度和密度的，由此就是引申出了四个无限。

根据现代物理学的量子理论，人类认识宇宙只能从普朗克时间开始。宇宙标准模型认为，在大爆炸的普朗克时间，宇宙大小为普朗克尺度，那时的温度为普朗克温度，密度也是普朗克密度。有了这样几个数据，我们就能够大致算出宇宙的质量了。

宇宙大爆炸普朗克时间，是指大爆炸开始后约10^-43秒，也就是1000亿亿亿亿亿分之一秒；宇宙温度达到10^32度K，就是约1亿亿亿亿K；此时的宇宙密度可能超过每立方厘米10^91公斤。

模型就给了我们这几组数据，根据这几个数据要计算出宇宙质量是不行的，其中时间和温度与质量都没有关系，但这时的宇宙体积如果是普朗克尺度，我们就能够计算出宇宙的体积，由此就能够计算出宇宙的质量。

普朗克时间的宇宙质量和能量/根据量子力学开山鼻祖马克斯·普朗克创建的理论，普朗克长度约为1.6*10^-33厘米。如果普朗克时间的宇宙是一个普朗克长度直径的球，根据球体积公式V=（4/3）*π*R^3（V：表示球体的体积，R：表示球体的半径），我们可以计算出这时宇宙的体积约为2.145^-99立方厘米。

而标准宇宙模型告诉我们，普朗克时间宇宙的密度为每立方厘米约10^91公斤。这个密度比质子密度还要高出78个数量级，看起来是无法想象的惊人密度。但问题是这时宇宙是极小的，而且小得惊人，只有1立方厘米的2.145^99分之一，也就是2145亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿分之一。

如果按照每立方厘米为10^91公斤计算，这么小的宇宙只有约2.145*10^-8公斤，也就是0.00000002145公斤，也就是21.45微克，根据爱因斯坦质能转换公式E=MC^2计算，等效能量为1930500000J，1焦耳约等于6.25*10^18eV，这样宇宙在普朗克时间的能量就约为1.2*10^28eV。

这个能量有多大呢？如果按照炸药来计算，就只相当461公斤TNT炸药的爆炸威力。我很惊异，因为我过去从来没有计算过宇宙大爆炸时到底有多大能量，简单直觉的认为密度达到10^91公斤/厘米立方是一个无法想象的密度，因此爆炸能量极大。

但我没有细思这是宇宙到达1立方厘米时的密度，而大爆炸普朗克时间尺度只有1.145*10^-99立方厘米，如果这时候的密度是每立方厘米为10^91公斤的话，那这么小的宇宙质量就只有21.45微克。

由此引申出来的质量来源问题/这是怎么回事呢？按照大爆炸时间简史在普朗克时间只有这样一个质量啊，如果按照标准模型理论推导的结果就是这样，是我计算错了吗，还是这个理论本身推导有问题？

因为现在的宇宙质量是一个十分巨大的数值，太阳系质量就有约2*10^30公斤，银河系质量约为太阳的2000亿倍，也就是约4*10^41公斤；有人认为可观测宇宙就达到了10^53公斤。这还只是可见物质，包括恒星、星系、星云尘埃等的质量。

研究认为宇宙可见物质质量只占宇宙总质能的4.9%，其余26.8%为不可见的暗物质，68.3%为不可见的暗能量。如果把暗物质和暗能量都加起来，可观测宇宙总质能可达2*10^54公斤。

为什么宇宙爆炸初始时的质量和现在的质量有这么大的悬殊，这些多出来的质量是怎么来的呢？只能有两个解释：一是宇宙大爆炸理论模型计算的数据有误；二是宇宙大爆炸随着膨胀，质量会自动产生。

但这似乎与质量守恒和质能守恒定律都是相悖的，是宇宙的错，还是宇宙模型的错，还是本人推理的错？量子力学理论认为，宇宙诞生前，虚无的真空中充满着量子能量，在随机的量子涨落中不断产生出虚粒子对，这些正反粒子对随时产生又随时湮灭。

总体上宇宙是对称守恒的，但如果所有事物永远是完美的对称和守恒，就不会有我们世界的诞生。杨振宁和李政道发现的宇称不守恒定律，让科学界揭开了宇宙诞生之谜。正是守恒中出现对称性破缺，让湮灭的虚粒子对出现了某个不湮灭现象，由此宇宙奇点出现了。

大爆炸宇宙论认为，宇宙就是从虚无中创生，无中生有，质量就当然也是无中生有了。

粒子物理学家们建立了一个粒子理论模型，为我们理解宇宙中的基本粒子提供了一个框架，这个框架就是所谓标准模型，其中的主要成分之一就是希格斯场，这种无处不在的量子场中有一个基本粒子，就是所谓希格斯玻色子，又称上帝粒子。

正是这种粒子赋予了其他粒子质量，就像神话中的上帝创造万物一样地创造了这个世界。粒子理论模型已经不是猜想，所有预言的粒子基本都已经在实验中得到，上帝粒子也于2012年在世界上最大的强子对撞机中被找到。

那么，上述理论能够解释宇宙大爆炸普朗克时间的质量与现在宇宙质量悬殊之谜吗？欢迎讨论，感谢阅读。

时空通讯原创版权，请勿侵权抄袭。

关键词： 普朗克时间 宇宙大爆炸 标准模型

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