北京时间9月3日消息,据国外媒体报道,宇宙大爆炸是解释宇宙形成过程的最主流理论之一,根据该理论,大约137亿年前,整个宇宙都是以一个奇点的形式存在,但随之而来的还有另一个更棘手的问题:宇宙大爆炸之前究竟是什么?

这个问题困扰天文学界已有至少1600年之久了。公元4世纪的神学者圣奥古斯丁认为,《圣经》中的“创世纪”一词暗示着上帝在此之前从未创造过任何东西,他还指出,上帝并不是在某个特定的时间创造世界的。事实上,宇宙和时间是同时诞生的。

而在20世纪初,爱因斯坦的广义相对论也得出了类似的结论,认为质量会影响时间,比如行星的巨大质量会让时间发生扭曲,因此对地球上的人而言,时间流逝得要比卫星上稍慢一些。这种差别极其微小、无法察觉,但确确实实是存在的。

在该理论基础上,比利时宇宙学家乔治·勒梅特在1927年发表的一篇论文中提出,宇宙最初是一个奇点,由于发生了大爆炸而迅速扩张。按照这个逻辑,“宇宙大爆炸之前存在什么”这个问题本来就问得不对,因为直到原始奇点扩张到了如今的大小和形状后,才有了时间的概念。

那这个问题解决了吗?还差得远呢!

在爱因斯坦逝世后的几十年间,伴随着量子物理和一系列新理论的问世,人们针对大爆炸之前的宇宙提出了各种各样的问题。

有一种理论提出,我们如今所处的这个宇宙也许是另一个更古老宇宙的“后代”。一些天体物理学家推测,我们也许可以从大爆炸留下的残余辐射中找到相关证据,这些残余辐射就是所谓的“宇宙微波背景”。

天文学家在1965年首次观测到了宇宙微波背景,很快科学家就发现,它的存在对大爆炸理论造成了一些问题。不过这些问题很快就得到了解决,因为科学家们在1981年提出了宇宙膨胀理论,该理论提出,宇宙在诞生后的瞬息之间发生了极速扩张,宇宙微波背景的温度和密度波动也是源自于此,不过根据该理论,这些波动在整个宇宙范围内应当一致才对。

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图为普朗克太空探测器传回的宇宙微波背景图,即大爆炸产生的辐射残余。

但事实并不是这样。最近的宇宙测绘结果显示,全宇宙的微波背景分布并不均衡,各个区域的波动有多有少。一些宇宙学家认为,这说明我们目前所处的宇宙的确是从“母宇宙”中萌生出来的,就像一个从大气泡中冒出来的小气泡一样。

而混沌膨胀理论甚至更进一步,认为母宇宙会不断冒出新的小气泡,每个小气泡都会不断膨胀、形成一个全新的宇宙;而这些新形成的宇宙又会不断孕育新的小气泡,形成无穷无尽的多重宇宙。

不过,其它模型主要关注的还是大爆炸发生前的奇点问题。我们可以把黑洞想象成太空中的垃圾压实机,最开始也许就是它们将整个宇宙压缩成一个奇点的,因此从理论上来说,我们目前所在的这个不断扩张的宇宙也许是从与另一个宇宙的黑洞相连的白洞中吐出来的。白洞是一个假想天体,形式与黑洞刚好相反,它会不断吐出物质和能量,就像一个“宇宙排气阀”一样。一些科学家提出,我们的宇宙或许就诞生于某个黑洞内部,并且在我们的宇宙中,每一个黑洞中也都存在一个单独的宇宙。

但也有一些科学家认为,宇宙的开端并不是“大爆炸”,而是“大反弹”。

大反弹

很久很久以前,中世纪时期的印度哲学家们曾经认为,宇宙正在经历一个“创造——毁灭——再创造——再毁灭”的无限循环。有趣的是,一些当代科学家提出的想法与之不谋而合,认为宇宙的扩张和收缩是一个循环,每次收缩到特定大小之后,便会发生反弹、再次扩张。

按照大反弹理论,每次循环都是以一个平滑的小宇宙开始的,但不可能只有奇点那么小,随后,这个小宇宙会逐渐扩张,变得越来越大、越来越扭曲,最终当它大到一定程度后,便会开始坍缩,同时不断变得越来越平滑,最终缩小到开始时的体积,然后再周而复始、重新开始一次相同的循环。

大反弹理论要想成立,就要想办法绕开奇点的问题。英国物理学家罗杰·潘洛斯和霍金提出,就像恒星死亡后最终会收缩成一个黑洞一样,宇宙如果不断收缩,最终也会变成一个奇点。

为解决这一问题,大反弹模型将负能量作为整个理论的基础,因为负能量能够抵消万有引力的作用、阻止宇宙坍缩,这样宇宙和时空就能避免回到奇点状态、维持“收缩——扩张——收缩——扩张”的循环了,每次循环时间约1万亿年。

大反弹理论可能与西方宗教文化的认知相去甚远,因为该理论认为,在我们所知的这个宇宙诞生之前,时间就已经存在了。但无论是大爆炸还是大反弹,“宇宙诞生之前存在什么”仍是一个无解的问题,也许在此之前什么都没有,唯有一片虚无;也许是另一个平行宇宙、或者我们这个宇宙的另一个版本;也许是一片由无数宇宙构成的“海洋”,每个宇宙都有一套独特的物理法则。(叶子)

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责任编辑:vivian

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宇宙大爆炸之前是什么?

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