宇宙大爆炸之前发生了啥?也许在此之前没有时间!

首页>时尚>寰球政事 发布时间:2019-04-27 00:00:00

我们都听说过宇宙大爆炸理论——一场巨大的爆炸产生了宇宙。

但如果宇宙大爆炸不是宇宙的开始呢?在我们的宇宙之前是否有更早的宇宙?这个更早的宇宙拥有自己的恒星和星系吗?也许,这个更早的宇宙充满着它自己的生物,这些生物也在想在它们的宇宙开始之前到底发生了什么。

或者宇宙可能有无数个,这些宇宙会无限延伸,然后创造出越来越多的宇宙?如果答案是肯定的话,那么问这一系列宇宙是怎么形成的又是否有意义呢?

在试图回答这些问题时,科学家们遇到了物理定律的极限。

现有的理论可以解释宇宙从早期开始到现在的演化过程——从大爆炸后不到一秒钟的时间——但在此之前发生了什么,一直是所有科学领域中较令人烦恼的问题之一。

多伦多大学的物理学家和宇宙学家Renée Hložek说:“我参加过非常多研讨会,在会上我们争论了几个小时。”

是宇宙大爆炸还是宇宙大反弹?

物理学家在讨论他们能看到的东西时是自信的——而我们用望远镜能看到的古老的东西就是宇宙微波背景。宇宙微波背景(CMB)是宇宙大爆炸的一种“回声”,是一种可以用射电望远镜测量和绘制的全天辉光。

它是在宇宙大爆炸38万年后形成的,而在那之前,我们无法看到宇宙是什么样的,因为当时的宇宙充满了物质,光无法自由传播。

Hložek说:“我只能尽可能地探测我所看到的较早的东西,而在宇宙微波背景辐射之前,宇宙是一片模糊的。”

天文学家所能看到的东西是有限的,但是理论家所能想象的东西是无限的。伟大的理论物理学家之一,牛津大学的罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)提出了一系列认为宇宙随时间演化的观点。

他认为,我们的大爆炸可能只是一次“反弹”——即从早期的坍缩宇宙向我们今天所处的膨胀宇宙的过渡。

去年秋天,当彭罗斯进一步阐述他的观点的时候,他引起了一场轰动,他认为这些早期宇宙的证据是有可能存在的——通过对射电望远镜数据进行仔细分析,我们可以在宇宙微波背景上发现一个能说明问题的印记。

其他物理学家对此持怀疑态度(就像他们在2010年所做的那样,当时彭罗斯也提出了类似的观点)。

不列颠哥伦比亚大学的物理学家道格拉斯·斯科特(Douglas Scott)在接受《物理世界》采访时表示:“很明显,如果有人能证明微波背景上的某种特定图案是宇宙经历一系列周期的证据的话,那将会非常令人兴奋,但彭罗斯的论文并没有做到这一点。”

彭罗斯并不是初个认为大爆炸不是时间开始的人,他也不是初个认为宇宙比我们所看到的其实要多得多的人。

2001年,普林斯顿大学的保罗·斯泰恩哈特(Paul Steinhardt)和安大略滑铁卢圆周研究所的尼尔·图罗克(Neil Turok)提出了一个宇宙的“循环模型”。

这个模型是由M理论推导而来的,M理论是弦理论的一个版本,它认为物质是由微小的振动弦组成的,而不是微小的粒子。

在循环模型中,无数个宇宙存在于一个被称为“bulk”的高维领域中,而我们的宇宙只是其中一个。(如果你无法想象出三维以上的空间也不用担心——其他人也不能。)

在斯泰恩哈特和图罗克所描述的模型中,宇宙会周期性地相互碰撞,每次碰撞都像一次新的大爆炸。标准的宇宙大爆炸模型有一个创造的瞬间,而他们的模型——就像彭罗斯的模型那样——表明我们生活在“一个永远被创造和重塑的宇宙之中”。

宇宙膨胀,多元宇宙,时间倒退

斯泰恩哈特和图罗克也不是唯二提出我们生活在一个“多元宇宙”中的人,在这个“多元宇宙”中,我们的宇宙只是一个更广阔现实的一小部分,而宇宙大爆炸几乎肯定也不是宇宙的开始。

一个类似的论点来自于一个被简称为“宇宙膨胀”的理论,该理论可以追溯到20世纪80年代初,它的核心思想现在已经被物理学家们广泛接受,即宇宙在起初的几秒钟内急剧增长——从小于一个质子增长到可能有葡萄柚那么个大小。

没有人知道是什么导致了膨胀。但是一些物理学家,包括斯坦福大学的Andrei Linde都相信,无论是什么引发了宇宙膨胀,这个膨胀可能不止发生了一次,而是发生了很多次——这导致了多个宇宙的出现。

如果这种“永恒膨胀”理论是正确的话,那么宇宙就会像一锅沸水里的气泡一样不断地涌现出新的宇宙。

2013年,英国物理学家朱利安·巴伯(Julian Barbour)、新不伦瑞克大学(University of New Brunswick)的蒂姆·科斯洛夫斯基(Tim Koslowski)和圆周研究所的弗拉维奥·默卡蒂(Flavio Mercati)提出了一个同样令人费解的理论。

三位科学家对简单的粒子群进行了计算机模拟,观察它们在长时间内如何对应重力而移动(假设一个宇宙中只有1000颗弹珠,其他什么都没有,每颗弹珠都会相互吸引)。

他们的计算机模型正确地描述了类似我们周围正在膨胀的宇宙的东西,但同时也描述了一个时间朝相反方向流逝的镜像宇宙。(他们称这条分界线为“Janus point”,以罗马双面神的名字命名。)

“如果这个理论是正确的话,那么在大爆炸的另一边还有另一个宇宙,在那里时间的体验方向与我们的相反,”巴伯在2016年告诉Quartz。

这个问题有意义吗?

另一种可能性认为——或许比各种反弹宇宙或多元宇宙理论更平凡一些——时间本身始于大爆炸的时刻,如果是这样的话,根本就没有“以前”这个说法。

2018年去世的斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在他1988年的畅销书《时间简史》(A Brief History of Time)中提出了这样的观点(在霍金去世前不久,他在接受Neil deGrasse Tyson的视频采访时再次提出了这一观点)。

霍金将“大爆炸之前”可能存在某种物质的观点与“南极以南”的观点进行了比较,从南极开始没有任何继续向南延伸的东西了——地球表面就这样结束了。虽然很难想象,但也许大爆炸之前根本就没有时间。

我们可以预见,物理学家们仍然会争论这些观点中哪些观点值得我们认真对待。把我们的宇宙解释为早期宇宙的产物听起来确实是很吸引——但是那个早期宇宙又是怎样来的呢?

“如果你相信反弹宇宙学——那么,它会一直反弹下去吗?如果会的话,这种反弹是怎样开始的呢?”Hložek问道,这些建议虽然是很大胆,但“和霍金说你不能问这个问题相比,并没有更令人满意……”

结果,宇宙在大爆炸中有了一个可信的起源故事——但对于“时间零点”之前发生的事情却没有令人信服的假设,相反,我们有的只是一大堆相互竞争、并且全都是高度投机的理论。

Hložek说:“有时候我觉得我们应该诚实一点,干脆就说,试图回答这个问题是我一生的工作,但我真的不知道答案。”

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