天有什么作用?

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“天”的作用其实就两个字——运行。 宇宙是由运动产生,并依靠着运动而维持着存在的系统。

没有“天”的时候,宇宙中的一切物质和能量都是混沌混乱的。有了“天”之后,由于引力的存在,一切物质和能量都被吸引、压缩到一块。 引力是四大力中唯一的标量力(只有大小,没有方向),因此它必然导致质量的压缩,从而引发大爆炸,也就是大统一场论中的“极早期宇宙”或量子场论中的“虚空”。

宇宙在“虚空中”以无限的速度膨胀的同时,时空本身也在膨胀,但此时没有任何结构出现。 之后,时空中的物质分布不再均匀,在一些区域,物质密度高于平均密度,在另一些区域,物质密度低于平均密度。在密度高的地方,引力场很强,而在密度低的地方,引力场很弱。

由于引力是以光速为极限的传播速度,因此在两个相互作用的区域之间必定存在一个介质,以光速将相互作用的信息传递过去;同时由于引力总是从质量密度较高的区域指向较低的区域,这就使得这两种区域之间建立了相互吸引的作用。这个在物质密度高于平均密度区域的边界上的介质称为“宇宙边界条件”。

现在我们可以引入一个“虚拟”的标量场 \phi(x),它的值在真空中为零,在边界上取特定的非零值。当这个标量场满足边界条件时,可以推出爱因斯坦方程,而且解出来的结果表明,整个宇宙可以有一个稳定的静态平衡状态,这时宇宙的边界条件和整体宇宙的微观态有关。这种通过引入标量场来建立宇宙边界条件的模型被称为“标量宇宙学理论”(Scalar Cosmology)。

最后,我们考虑一下时空可能具有的结构。一般来说,时空具有三维弯曲时空和二维平直时空两种可能的结构。

对于三维弯曲时空,有无数可能的解,这些解构成了所谓的“时空曲面”。在时空曲面上,一切物理量都具有明确的代数意义,比如引力场强度和物质能量密度的分量都有确定的表达式。 当然,时空曲面也具有其边界条件--就是空间边界。

如果没有“天”,宇宙就是一个混乱的无结构的巨大时空。如果有个“天”,宇宙就可能从一个极小的体积、极小密度、极高温度、极强压力的极端条件开始,以加速度膨胀并具有如上图所示的一种类球形结构。当然,在比上述更精确的水平上,宇宙的非对称性、初始密度起伏等都会影响最终的结果。

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