宇宙大小天体都在旋转，为何会这样？宇宙本身也在旋转吗？

更新时间：2024-11-27 13:47  浏览量：9

环顾我们所处的世界，无论是微观粒子的跃动，还是宏观星球的绕转，皆可见旋转之美。例如，微观领域中，电子环绕原子核飞舞；宏观宇宙里，行星绕着太阳舞蹈，而太阳又与它的恒星家族一同围绕银河系的核心旋转。于是，好奇之心便油然而生：银河系呢？它又在绕着何物旋转？此外，若多元宇宙之说成立，那么我们的宇宙是否也在这宏大的舞池中翩翩起舞？让我们揭开谜底，探索这旋转的奥秘。

宇宙的诞生与膨胀

在宇宙尚处混沌，物质、辐射、中微子及暗物质等现今所知的一切粒子尚未孕育之前，宇宙尚处于一场剧烈的指数膨胀之中。此时，时空之中唯一的能量源自空间自身的固有能量。这段时期，我们称之为宇宙暴涨时期。这场膨胀，不仅触发了大爆炸，亦造就了大爆炸之初，宇宙那炽热、稠密、充满物质和辐射的奇景，即宇宙的诞生。

暴涨时期，真空能量在量子层面发生涨落，然彼此间并无互动。因空间的膨胀速度远超光速，任何互动皆无法发生。暴涨在所有方向上都是均等的，并无任何偏好之轴。暴涨终结时，空间内在的能量转化为物质、反物质和辐射，而一小部分的真空能量则被锁定于空间中，成为我们如今所称的暗能量。这些量子涨落，在指数膨胀的宇宙中，造就了密度有高有低的区域。

这就是大爆炸的阶段。宇宙孕育出标准模型中的所有粒子，以及我们至今尚未发现的粒子。从一开始，所有基本粒子皆拥有内在的角动量，即我们所称的自旋，这是它们不可或缺的特性。

每个电子、夸克和中微子的自旋为±½，每个胶子或光子的自旋为±1。若引力也遵循量子化规律，则引力子的自旋为±2。在所有基本粒子中，只有希格斯玻色子的自旋为零。当宇宙中的粒子首次诞生时，它们之间尚未有机会相互影响。故此，我们所知的宇宙并非天生就有一个物体绕着另一个物体旋转的情形。然而，这些粒子从诞生之始，便携带着内在的动能，并且宇宙在不同位置上，有着不同的物质密度。

随着宇宙的演化，粒子间的碰撞和引力作用开始发生。密度高的区域在引力作用下，吸引了越来越多的物质和能量；密度低的区域则变得更加稀疏，将它们的物质和能量传递给密度较大的邻近区域。

随着宇宙的冷却，夸克们结合成原子核，这些原子核拥有它们自己的角动量，遵循着原子核和粒子物理的规律。类似地，当宇宙冷却至足以形成中性原子时，原子不再是波尔模型中的“行星轨道”，而是电子占据特定的量子态。这些量子态，每个都具有它们自己的固有自旋和轨道角动量。

在宇宙形成中性原子的同时，密度高低区域间的引力差异，与宇宙诞生时相比已然放大了无数倍。

宇宙尚处年轻之时，便已形成独特的引力区域。这些区域最终演变成我们今天所见的恒星、星系、星系团等。这些尚未在引力作用下塌缩成星系的气体云，在宇宙间相对移动，并互相施加引力影响。

除非这些气体云拥有不可思议的完美球形特性，并且仅沿着直线移动，否则它们之间将施加一种特殊的力：潮汐力矩。每个物质和能量点与其它点的相对运动不一致，在引力作用下产生了扭矩，正如我们推扳手时螺母会随之转动。

潮汐力矩存在于大小尺度上，影响着我们所知的每一点物质，直至单个原子间的作用。随着时间推移，引力坍缩开始发生，这些角动量足以使巨大的气体云缓慢旋转。

在物理学中，有一些量是守恒的。我们熟知能量守恒：能量不能被创造或毁灭。同样，动量也是守恒的，它也不能被创造或毁灭。观察花样滑冰运动员的旋转，当他们把手臂和腿拉近身体时，即可见动量守恒的作用。

通过改变系统的惯性矩（让质量分布更接近旋转轴），根据角动量守恒，系统的角速度或转速就必须增加。例如，太阳的自转周期略小于一个月。若太阳坍缩成与地球大小相似的白矮星，那么太阳的角速度将增加到每36分钟便自转一周。

当我们观察恒星系统、行星和卫星，乃至整个星系，所见不仅仅是一个静止的高密度物体。我们所见之物，正是潮汐力矩作用的结果，并且每个系统相对于宇宙中其他物体都携带着非零的角动量。

星系绕什么旋转？换言之，我们知晓大部分星系中心都有超大质量黑洞，但这并非星系旋转的根本原因。即使没有黑洞存在，星系依然会旋转，恒星亦会继续绕星系中心运行。实际上，我们也观察到许多无中心黑洞的螺旋星系，它们同样完美地运行着。

因此，万有引力、不可避免的潮汐力矩和角动量守恒，是所有天体旋转的根本原因。故在星系团中，星系亦互相绕中心旋转，而这个中心并无须存在超大质量天体。

宇宙是否在旋转？

另一方面，若我们将整个宇宙视作一个整体，它又如何？目前，我们相信宇宙整体并未旋转，因为万有引力尚无机会在比可观测宇宙更大的尺度上相互作用。即使存在多元宇宙，这些宇宙之间也无信息交互。毕竟，我们现在相信引力是以光速传播，而宇宙膨胀速度已超过光速。

理论上，宇宙也可能携带一定的角动量，但这并非由引力造成，而是它天生的特性。若果真如此，这将是另一个巨大的谜团！