大爆炸的“三朵烏云”，視界、零曲率和磁單極子，解釋就是掩飾

19世紀末20世紀初，物理學天空中的兩朵小小烏云釀成了一場大風暴，催生了現(xiàn)代物理學的兩大支柱——相對論和量子力學。100年后的今天，建立在現(xiàn)代物理學基礎之上的宇宙大爆炸學說，解決了困擾人類幾千年的宗教和哲學命題。

大爆炸學說雖然取得了成功，能夠與目前的天文觀測結果相印證，但仍然存在著三朵烏云籠罩在大爆炸學說的上空，至今仍然沒有得到完美的解釋。三朵烏云，或者稱作三個疑難，它們分別是視界問題、零曲率問題和磁單極子問題 。

一、什么是視界問題？
要想理解視界問題，我們首先需要了解一個物理概念——粒子視界，它是指在某個時刻在地球上的觀察者能夠接收到宇宙中過去獲取信息的最遠距離，這個距離就是可觀測宇宙的大小。這意味著，我們看到的宇宙全貌只是完整宇宙的一部分，而不是全部。

按照大爆炸理論，早期宇宙直到最終的散射時期之前一直都是被物質或輻射主導，那時的粒子視界將只對應著天空中大約為將手臂伸直一個大拇指指甲蓋覆蓋的一片天空那么大。這與哈勃望遠鏡拍攝到的宇宙微波背景輻射的各向同性這個事實相矛盾。

對此，大爆炸理論認為，今天的宇宙邊界是在暴漲過程中的粒子視界之內，換句話說就是，今天我們看到的宇宙的各向同性發(fā)生在暴漲之前。由于宇宙暴漲，它們一下子就跑到了遙遠的距離。

二、什么是零曲率問題？
宇宙正在繼續(xù)膨脹是天文學的觀測事實，但這帶來了一個很尷尬的問題，即零曲率問題。要想說明這個問題，我們先要了解幾個背景知識。在廣義相對論的語境中，時空是四維的，其形狀由物質和能量的現(xiàn)實分布來決定。

但情況要比這個復雜，因為宇宙一直在膨脹，所以宇宙中的物質和能量在隨著時間的流逝而改變著空間膨脹率。宇宙的形狀必然是從某個初始值開始，膨脹與物質和能量一直在相互作用影響著宇宙的形狀。
然而即使我們用最精確的科學儀器觀測到的宇宙的曲率一直接近于零，或者說是平坦的，這就是一個非常奇怪的現(xiàn)象了。在宇宙自身膨脹的力量與宇宙內天體之間的引力相互博弈的過程中，卷曲和翹曲才是最大概率事件，而平坦只是眾多可能性中概率最低的一種。

對此，大爆炸理論認為，由于宇宙發(fā)生過暴漲，整個宇宙的尺寸迅速變大，宇宙創(chuàng)造出的空間彎曲給就被抹平了，就像我們站在地面上看不出來地球表面是個球面一樣。
三、什么是磁單極子問題？
這個問題相對簡單，不需要太多知識背景。咱們都接觸過磁鐵，不論我們把一塊磁鐵砸碎分成多么小的塊兒，任何一塊小磁鐵都擁有南極和北極，找不到只有南極或只有北極的磁鐵。然而在理論上，只有南極或者是北極的磁鐵是有可能存在的，這就是磁單極子。

理論上應該是無處不在的磁單極子在現(xiàn)實中卻連一個也找不到，這就是磁單極子問題。對此，暴漲理論認為，這是因為磁單極子被暴漲的宇宙給稀釋了。就像一湯匙的鹽投放在太平洋那樣多的水里，你是嘗不出來咸味的。

結語
對于大爆炸理論在應用中遇到的三個來自觀測結果的疑難問題：“視界、零曲率和磁單極子”，看上去都給出了合理的解釋，然而它們無一例外都指向了宇宙暴漲發(fā)生之前或者是缺乏更直接的觀測證據(jù)。
很顯然，對于籠罩在大爆炸天空中的“三朵烏云”，這樣的答案是無法讓科學家們滿意的。在我看來，這樣的解釋其實是在掩飾，并不足以采信。也正因為如此，盡管科學界普遍接受了大爆炸學說，但仍然有學者對此表示質疑，宇宙大爆炸理論仍然有許多路要走。
屏幕前面的朋友們，不知道你們對大爆炸的三朵烏云怎么看呢？
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