奇闻异事:宇宙始于大爆炸还是大反弹?

奇闻异事:宇宙始于大爆炸还是大反弹?

大爆炸理论是现在最多科学家认可的解释宇宙如何诞生的理论,可是近年来其它几种理论逐渐在得到更多科学家的支持,比如“大反弹”理论就是其中之一。

...


宇宙大爆炸示意图。

大爆炸过程

大爆炸理论描述的过程是,大约在138亿年前,一个很小、高温、高密度的小点,在只有百亿分之一秒的时间里,体积一下子扩张到百亿倍以上,宇宙诞生了。理论上把这称为“暴胀”(inflation)阶段。

紧接着,宇宙扩张的速度突然减缓,只剩下第一阶段的几分之一,并且开始降温。理论上把这称为“优雅退场”(the graceful exit)阶段。这个阶段大约持续38万年的时间,这期间宇宙密度大得连光线都无法穿透,充满了高温等离子体。

再接着,当温度降到一定程度,第一个氢原子诞生了。这时宇宙迅速变得清亮起来,射线开始向各个方向发射。宇宙开始向今天看到的这个结构演化。

最终,宇宙不断的膨胀使得里面的物质分离得非常远,逐一地消失,最后变成一锅由互相独立的光子均匀组成的“冷汤”。

奇特的CMB数据

宇宙微波背景(CMB)数据自从1965年首次观测到以来,是任何一个宇宙模型都要解释的基础数据。它是科学家探测到的来自遥远早期宇宙的微弱的辐射。科学家认为它就是来自宇宙刚清亮起来、开始产生射线的那个阶段。

奇特的地方在于,科学家发现不论来自宇宙哪个方向,即使是完全相反的、在138亿年的历史过程中的任何时刻都不可能有过任何接触的天空区域,所发出的CMB数据显示的温度都是一样的。

支持大爆炸理论的科学家认为,大爆炸的“暴胀”阶段就能对此作出解释。他们认为,在那个难以想像的高速膨胀过程中,我们可观测到的宇宙范围,是从一个极小的各向均匀的区域发展而来,因此探测到的CMB是一致的。而在其它区域,情况有可能不同,但是那些区域在可探测范围以外。

尽管很多科学家,哪怕是支持大爆炸理论的科学家,都承认这些解释比较勉强,但由于没有更合适的理论,也就暂时满足于大爆炸理论。

...

大爆炸理论存在的问题

即使是这样,这个理论至少还有几个比较显着的缺陷。

一是拿不出确切的机制触发“暴胀”阶段,也无法解释为什么会出现突然减速的“优雅退场”阶段。一些科学家拿出一些解释为这个理论“打补丁”,称那种状态下有一种粒子组成一个“暴胀场”(inflation field),这个场触发了暴胀,之后衰变为我们今天所见的各种粒子。

打了“补丁”后还有问题。按照这个理论,暴胀过程将产生强大的原始引力波,将横扫整个宇宙,导致时空扭曲。可是至今没有探测到任何“原始引力波”。

再者,量子物理推导显示,那样极端的暴胀过程将把宇宙炸成无数个特性极不相同的小的宇宙范围,但是现在科学家只观测到一个连续的宇宙。

替代理论

所以,一些科学家猜测,也许大爆炸并不是一个真正意义上的“起点”?

比如大反弹就是其中一个理论,认为宇宙是从涨到缩,缩到最小点再次涨大,这样一个不断重复的过程。

这个版本的演化过程基本与大爆炸一致,也描述宇宙在138亿年前,从高温、高密度的小点开始膨胀和冷却。不同的是,这个时间点,是从上一轮宇宙缩小到这种状态后开始的反弹。

如果是这样,那这个小点里面的各个区域,就有充分的时间接触、混合得很均匀,产生均匀的CMB辐射数据。

还有的其它更不同的理论,比如称宇宙原始那个点是反射的起点,一个镜像宇宙在这个点的另一面诞生,由反物质构成,里面的时间是倒流的,可能我们中的每个人在那里也有另一个自己。

...

还有的理论称,宇宙永远处于不断扩张的状态,大爆炸那个点只是中间一个阶段的起点。

这些理论分别都有一部分有影响力的科学家在支持。

按照人类的探测手段,科学家恐怕永远都无法知道宇宙究竟是怎么开始的,更别说在那个时间点之前的情况。宇宙对人类来说很可能永远都是谜题。