宇宙大爆炸之前的“宇宙”，到底是什么樣？

新的研究表明，一個(gè)無(wú)止境膨脹和坍塌交替的新宇宙模型仍然需要一個(gè)開始。

彈跳宇宙模型解決了奇點(diǎn)的問(wèn)題，但也有自身的缺陷。（圖源：美國(guó)國(guó)家航空航天局/WMAP科學(xué)團(tuán)隊(duì)/羅伯特）

新的研究基于一個(gè)經(jīng)歷膨脹和收縮無(wú)限交替的循環(huán)宇宙概念，被稱為“彈跳宇宙”模型，指出了一個(gè)其存在的麻煩問(wèn)題。

彈跳宇宙模型提出宇宙沒(méi)有開端，它消除了宇宙大爆炸理論無(wú)法解釋的一個(gè)問(wèn)題，即奇點(diǎn)到宇宙極速膨脹開始前的一段時(shí)間到底發(fā)生了什么。

布法羅大學(xué)的研究人員說(shuō)新的彈跳宇宙模型想嘗試解決熵的問(wèn)題（熵是宇宙中不可用能量的一個(gè)度量，它只能增加），但它也有像先前提出的無(wú)止境膨脹和收縮模型一樣，有個(gè)同樣的缺陷。它仍然需要宇宙有一個(gè)開端。

布法羅大學(xué)的物理學(xué)家威爾·金尼說(shuō)：“人們提出的彈跳宇宙理論，可以讓宇宙無(wú)限回到過(guò)去，但我們能看到，在這類最新模型中有一種是解釋不通的。即這種解決熵問(wèn)題的最新模型，盡管宇宙有循環(huán)，它仍然必須要有個(gè)開始”。

關(guān)于宇宙起源普遍被認(rèn)可的理論被稱為“宇宙膨脹”理論。該理論提出，在時(shí)間產(chǎn)生之前，宇宙中的所有能量都被包含在一個(gè)奇點(diǎn)中（奇點(diǎn)是無(wú)法被物理學(xué)描述的一個(gè)無(wú)窮小的點(diǎn)）。

奇點(diǎn)消逝于大爆炸理論提出的宇宙極速膨脹時(shí)間段后，之后宇宙開始膨脹并冷卻，因此導(dǎo)致了物質(zhì)的產(chǎn)生——先是第一個(gè)氫原子產(chǎn)生，隨后是重元素，最終恒星和星系產(chǎn)生。

問(wèn)題是，大爆炸理論可以很好的解釋爆炸后幾分之一秒到138億年后我們今天看到的宇宙結(jié)構(gòu)，但它無(wú)法解釋奇點(diǎn)到這次膨脹開始前的情況，甚至無(wú)法解釋是什么導(dǎo)致了膨脹。

宇宙膨脹的一個(gè)圖解。（圖源：Getty 圖片）

彈跳宇宙理論消除了這個(gè)問(wèn)題，在這個(gè)理論中，因?yàn)榕蛎浐褪湛s時(shí)期是交替無(wú)限發(fā)生的，不存在開始，因此不需要解釋開始前發(fā)生了什么，宇宙將經(jīng)歷同宇宙膨脹模型提出的類似的膨脹，但隨后又以“大坍塌”的形式反彈。

因此，每次新的膨脹期都始于前一周期的坍塌而非奇點(diǎn)。但是金尼認(rèn)為彈跳宇宙理論有自己的缺陷。

“不幸的是，近一百年來(lái)人們一直不認(rèn)可這些循環(huán)模型，因?yàn)殡S時(shí)間推移宇宙會(huì)變得無(wú)序或熵增，所以每次循環(huán)周期都不同于上一次。它并不是真正的循環(huán)，圍繞熵增問(wèn)題提出的最新循環(huán)模型表明宇宙在每次循環(huán)經(jīng)過(guò)一次膨脹后，熵就會(huì)被稀釋一些?！?/p>

金尼說(shuō)這種新的彈跳宇宙模型試圖拉伸一切以擺脫黑洞等宇宙結(jié)構(gòu)，從而在另一次循環(huán)開始前將宇宙恢復(fù)到和它最初一樣的同質(zhì)狀態(tài)。

基于跳動(dòng)宇宙也許存在這個(gè)假設(shè)。他說(shuō)，“我們可以看到，在解決熵的問(wèn)題時(shí)，已經(jīng)設(shè)想了宇宙有一個(gè)開始的場(chǎng)景，我們的論證表明總體來(lái)說(shuō)任何通過(guò)膨脹移除熵增的周期模型都必須有一個(gè)開始。但我們的論證不適用于羅杰.彭羅斯提出的周期模型，即宇宙在每個(gè)周期中都無(wú)限膨脹，我們正在研究這個(gè)模型?！?/p>

金尼的合作伙伴是UB的物理學(xué)博士生，妮娜·斯坦因。她強(qiáng)調(diào)了兩人在研究彈跳宇宙時(shí)遇到的問(wèn)題：“存在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，在此之前，什么都沒(méi)有，沒(méi)有時(shí)間，沒(méi)有我們，我們想知道在那之前發(fā)生了什么”-所有的科學(xué)家都是。

但據(jù)我們所知，在所有涉及熵的宇宙模型中，都必須要有個(gè)“開始”。始終存在一個(gè)問(wèn)題無(wú)人能回答。即“在此之前發(fā)生了什么？”

這意味著至今在宇宙和時(shí)間出現(xiàn)之前存在什么依然是一個(gè)謎，且將仍然會(huì)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)被宇宙學(xué)家激烈討論。

“對(duì)早期的宇宙感到好奇有很多理由，但我最喜歡的是想知道發(fā)生了什么是自然的人類趨向。”斯坦因說(shuō)：“縱觀人類的文化和歷史，關(guān)于“宇宙起始”，人類過(guò)去就有講述關(guān)于創(chuàng)生的故事，我們總是想知道我們來(lái)自何處?！?/p>

金尼和斯坦因的發(fā)現(xiàn)在6月版的《宇宙學(xué)和天體粒子物理學(xué)雜志》上發(fā)表的一篇論文中進(jìn)行了討論。

BY:Robert Lea

FY: 雜七八糟嘿

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