宇宙是什么来的？有人告诉我们宇宙是大爆炸来的，可是这似乎并没有减少我们的疑惑，宇宙为什么会大爆炸，大爆炸之前又是什么样的。看完小编的这篇文章，或许你会消除一些疑惑，又或许会产生更大的疑惑。

（以下内容含有一些数学公式，看不懂也不会影响阅读，只需要知道有这么回事就可以了）

宇宙大爆炸

20世纪初，随着以牛顿为代表的经典物理学垮台，相对论和量子力学登上了物理的舞台。相对论还好说，毕竟还有人们心中物理学该有的模样（连续性），在爱因斯坦的发展下很快便被大家接受。可是量子力学，由于它的离经叛道，一路上都在历经坎坷。

氢原子

在大家的印象中，原子就像太阳系一样，原子核在中间，电子绕着原子核转动，因此这种模型被亲切地称为“行星模型”。但是物理学家指出:“根据电磁理论，带负电的电子绕着带正电的原子核旋转是极不稳定的，电子会将能量以电磁波的形式释放掉，从而很快坠入原子核。”当然这一切并没有发生，否则由原子构成的你我都不复存在了。那么现在如何调解电磁理论和实际的矛盾呢？

20世纪最伟大的物理学家之一波尔敏锐地察觉到在原子这么小的领域中经典电磁理论不再适用，他认为氢原子当中的电子能量是“量子化”的，换句话说，能量变化是不连续的，电子应当有一个最小的“能级”，当电子能量下降到最小“能级”之后便不能再下降了，从而可以避免它坠入原子核。

“玻尔理论”的横空出世确实解释了当初人们观察到的一些奇怪现象。可是为什么电子要是“量子化”的呢？对此，波尔也只能望洋兴叹，“量子化”好像是强行施加给电子的。因此，“玻尔理论”注定是昙花一现，最后发现有些问题是无论如何都攻克不下来的。

沃纳·海森堡

不过没关系，最富有创造力和想象力的人恰好生在了那个时代，波尔亦师亦友的学生海森堡仔细研究之后发现了“玻尔理论”最大的问题出在了哪儿:“电子有自己的“能级”，可是有什么实验让我们具体的看见了电子的“能级”吗？没有，我们没办法观测到电子具体在什么“能级”，那么根据“奥卡姆剃刀原理（感兴趣的朋友可以去看看我的第一篇文章哦）”，我们凭什么要把理论建立在我们观测不到的东西上面呢？我们能观察到的是电子在跃迁过程中的“能级差”，也就是说，我们观察到的只有两个“能级”的差值。”

这个思想实在是了不得，我们来看看它意味着什么。本来啊，“能级”我们可以用一个数来表示，它是一维的，可是，当我们换成“能级差”之后，我们发现任何一个“能级差”都要涉及到两个“能级”作差。两个“能级”？我们的物理量不再是一维的数字了，一下子变成二维的“矩阵”（大学线性代数课应该都见过，没见过也没关系，只需要知道它不再是一维的了），突然之间，“矩阵”像一只怪兽一样代替了数字接管了整个宇宙。

“矩阵”——二维的表格

本来啊，出现了“矩阵”这玩意儿就已经很震撼人心了，可是随着人们的深入计算，更离谱的事情发生了。我们现在有两个物理量:电子的动量p（由速度决定）和位置q，我们在计算过程中需要把它们相乘。按照以前的理论，p和q是一个数字，比如p=2，q=3，那么p×q=2×3=6，q×p=3×2=6，我们发现p×q=q×p，这些都很合理。可是现在，我们的p和q不再是数字了，而是变成“矩阵了”，根据“矩阵”的运算法则（大学线性代数课上就有学到），海森堡发现，p×q≠q×p。

“矩阵”不满足乘法交换律

物理学沸腾了！p×q≠q×p？“矩阵”这玩意儿不满足乘法交换律！没人能够理解这个可怕的事实究竟意味着什么，海森堡被其折磨个半死。可海森堡毕竟是海森堡，一个天才无限的年轻人，重新审视了自己这个了不起的发现。

p是电子的“动量”，q是电子的“位置”，p×q≠q×p，那就表示先测量动量再测量位置，和先测量位置再测量动量，结果是不一样的？奇怪，那假设我同时测量电子的动量和位置呢？突然之间，云开雾散，一片曙光照射在海森堡的心灵:p×q≠q×p，不就说明，我永远也无法同时测量p和q吗？理论不仅决定了我们能测量到什么，还决定了我们测量不到什么！

海森堡进一步计算得到:△p×△q＞h/4π（△表示测量值和真实值之间差异，＞右边是一个特别小的常数）。仔细解读一下这是什么意思，如果我们把电子的动量测量得越精确（△p越小），那岂不是△q就应该越大（越不精确）。如果我把动量测量得完全精确（△p趋近于0），那为了满足这个式子，△q就得无限大了（测量值与真实值差异无限大）。

海森堡发现，当我们想要测量到一个电子动量的全部信息，那我们就得失去它的位置的所有信息了，反过来，当我们想要测量到一个电子精确地在什么位置，我们又要失去它动量的全部信息了，或者我妥协一下，同时得到一个不那么精确的p和q。总之，p和q天生就是一对冤家，永远不能精确地同时出现，这个原理就是量子力学中最著名的“不确定性原理”。像p和q这样一对物理量，在量子力学当中称为“共轭量”。

说了这么多，这和我们的宇宙是怎么来的有什么关系吗？别急。很快，人们变发现了量子力学当中的另外一对“共轭量”:能量E和时间t——

△E×△t＞h（h是一个特别小的常数）

各位读者朋友们屏息3秒审视一下这个式子，这或许蕴含着我们宇宙起源的秘密。

我们解读一下，设想现在我们让△t趋近于0，也就是在极短的一段时间内，为了满足这个式子，那△E就应该要无限大。换句话说，在极短的时间内会凭空出现无限大的能量！好家伙，这直接违背了能量守恒定律！不过没关系，由于时间极短，即使产生了再大的能量，也会在极短的时间内，短到我们根本来不及发现，便又消失得无影无踪，从而在时间的大尺度上，能量仍然是守恒的。

根据这个思想，有人想到了这样一种情况:在极短的时间内，一小块能量（也是质量，能量和质量等价）突然从什么都没有（不是黑暗，而是什么都没有，能想象得出来吗）当中凭空产生，而凭空产生的这块能量当中由于有质量的存在，引力出现了，从而产生了引力势能。由于引力势能是负的（读过中学的朋友应该知道引力是吸力，因此引力势能为负，详细可见评论区），刚好和凭空产生的这块正能量相互抵消为0，从而不违背能量守恒定律。于是，宇宙真的就这么凭空诞生了，这一小块时空在各种力的作用下开始疯狂膨胀，经过亿年的发展变成了我们现在这个宇宙。

宇宙的起源——无中生有

许多人都相信，我们的宇宙就是一顿免费的午餐，真的就是上面那样无中生有的。相信各位读者朋友们读到这里之后一定会在脑海中产生很多联想。

最后，严格来说，上面的内容还算不上无中生有，因为在宇宙出现之前，物理定律是怎么产生的呢？比如说△E×△t＞h这条或许揭示了宇宙起源秘密的定律本身又是怎么出现的呢？还是说它不言而喻的就存在？

如果你有什么想法，欢迎在评论区和小编互动。，如果你对这些物理知识有兴趣的话，不妨动动手指

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