【Cosmology】宇宙的春夏秋冬（一））

20世纪最早的宇宙学家Georges Lemıtre说过：

The evolution of the world can be compared to adisplay of fireworks that has just ended; some few red wisps, ashes and smoke.Standing on a cooled cinder, we see the slow fading of the suns, and we try torecall the vanishing brilliance of the origin of the worlds.

译文：

世界的演变可以比作刚刚结束的焰火表演；剩下几缕红烟与灰烬。我们站在冷却的煤渣上，看到太阳慢慢地消逝，我们试图回忆起世界最初消逝的辉煌。

在书写我们的宇宙历史时，将与地球上的四季做对比，但并不是按照地球上春夏秋冬这个顺序：宇宙诞生之时温度非常高，我们称之为是夏天，接下来是秋天，然后是春天，最后发现我们正处于一个温度极低的冬天。

我们都知道，宇宙起源于一场大爆炸(

the Big Bang

)，它距今有138.2亿年，但是，在大爆炸之前是什么，没人能给出确切答案，所以我们并不关注大爆炸之前的历史。

从大爆炸开始，宇宙起源的第一秒钟内的温度非常高，是整个宇宙历史温度最高的时期，所以把它称为宇宙的夏季，而在宇宙诞生50亿年后直到现在，也就是我们生活的时期，因为温度非常低，把它称之为冬季，而往后宇宙的温度仍然会越来越低。 一秒钟，一个看似很短暂但又很长的时间，这是我们无知的第一个边界。对于我们来说，一秒钟可以说一个词语、可以写一个简单的汉字、可以完成一个心跳，一秒钟又或是一片面包掉到地上的时间（涂黄油的一面朝下，神奇的现象，和猫下落总是四脚着地同样有趣），我们能明确大概发生了什么。但是由于技术上的原因，对于宇宙的第一秒，我们缺乏对其的理解（当时宇宙的能量和温度都很高，我们的粒子加速器无法达到这些条件）。然而实验上未被证实的理论为什么会被我们深信呢？

在20世纪60年代末和70年代初，

Hawking

（霍金）和

Penrose

（彭罗斯）

以及其他人证明了在

Einstein

（爱因斯坦）广义相对论的框架下，时间反演必然会导致温度和密度的增长，也就是在初始时间的温度为无穷大。 当然温度无穷大的点不会发生，因为爱因斯坦的相对论没有考虑量子效应，但是我们还不能忽略引力，因为在大爆炸时，引力将变得非常强，因此我们就要寻找一个新的理论：量子引力。而量子效应是否真的能解决大爆炸问题还有待研究。 宇宙在演化中的“巧合”是比较多的，我们看向宇宙时，不管是星系数量还是宇宙辐射温度，在任何方向看起来是几乎一模一样的（各向同性）。而在标准宇宙学模型中，两个点的距离非常远，几乎没有关联，那他们怎么会看起来一模一样呢？并且我们现在观测到的宇宙密度如此地接近临界密度也无法解释。而之后的暴胀理论的提出就是为了解决这些问题的。暴胀理论过于专业，就不在此阐述。 当我们眺望宇宙时，我们所能看到的一切，都是由物质构成的。问题是在最初时间，我们的宇宙中应该有等量的物质和反物质。我们的方程和模拟表明，随着宇宙膨胀和冷却，物质和反物质将湮灭，只留下光，没有物质。所以，在我们需要使宇宙看起来对称之前，需要一种产生正反物质不对称性的机制。

Dirac

（狄拉克）基于自然界严格对称的考虑，在整个宇宙中，可能是每种星体各占一半，但它们拥有完全相同的光谱，使用现代天文学的方法无法辨别。但在1957年，李政道等人发现弱相互作用的宇称不守恒，即微观粒子过程的空间反演对称性被破坏了，致使中微子只有左旋而无右旋，反中微子只有右旋而无左旋，电荷宇称，奇异数，粲夸克通过弱相互作用衰变中的粲量子数都不守恒，甚至重子也不守恒，人们更也就相信“对称中有破缺”才可能是自然界中的真实情况。 到此就结束了宇宙的夏季之旅。