宇宙起源论将被改写？诺奖得主彭罗斯称宇宙在循环，并找到了证据

我要新鲜事2023-06-22 19:16:480阅

关于宇宙起源的问题一直是科学家们探索的焦点。现在，目前最主流的观点是大爆炸宇宙论。根据这个理论，我们的宇宙在138亿年前诞生于一个起点，然后经过膨胀、降温等演化过程发展至今。这个理论得到了哈勃宇宙膨胀、微波背景辐射等观测证据的支持。

然而，大爆炸理论还存在一些解释困难的问题，比如起点密度无限大、能量无限大，以及宇宙平坦性等。于是，在1980年，阿兰·古斯提出了暴涨理论，这个理论认为宇宙是在一个真空状态下快速地指数级疯狂扩张，之后才进入热大爆炸时期，并且还预言了多元宇宙的存在。

但是，诺贝尔奖得主罗杰·彭罗斯提出了一个非常有趣的观点：共行循环宇宙。他认为，我们的宇宙不是一次性的，而是一直在循环。每次宇宙结束都意味着下一个宇宙的开始，形成一个不断循环的宇宙。彭罗斯使用顾行映射的数学技巧，将宇宙的开始和结束连接起来，形成了一个类似于柱面的结构，这样就能将不同宇宙连接起来。

然而，这个观点目前还没有得到充分证实。虽然存在上一时期宇宙的痕迹，但是目前的证据并不足以证明共行循环宇宙的存在。科学家们仍然继续探索宇宙的起源和性质。因为这不仅有助于我们更好地理解宇宙的本质，也有助于我们更好地了解我们自身的存在和意义。

宇宙大爆炸理论模型

在20世纪20年代，天文学家哈勃观测到了两个令人惊叹的现象：银河系只是宇宙众多星系中的一个，并且这些星系正在互相远离。这启发了比利时天文学家勒梅特对宇宙起源的思考：

宇宙是如何开始的？

他提出，星系在互相远离说明宇宙正在扩大，也就是说在很久之前，宇宙可能很小，由此猜测如今的宇宙是由一个小球爆炸而来的。

这个猜测就是现在广为接受的大爆炸宇宙论，认为宇宙起源于138亿年前的一次极端密度、质量和温度达到极致的奇点爆炸，从而诞生了我们所知道的宇宙。随着时间的推移，宇宙不断膨胀冷却，成为我们如今所熟知的世界。

虽然大爆炸宇宙论已经被广泛接受，但仍然存在一些科学家持有其他起源观点，并且他们也找到了相关证据。因此，宇宙的起源仍然是一个充满谜团的话题。

在未知的物质和力量叙事中，我们可以看到自然界的奥秘。量子场论和量子力学的理论支持了“无中生有”的可能性，这意味着宇宙的存在源于未知之力。“凭空”出现的宇宙大爆炸或许就是自然界最神秘的创举。在这个过程中，基本粒子如中子、质子、电子、光子和中微子等开始存在，宇宙随之膨胀，密度逐渐稀疏，温度降低，原子、分子以及各种恒星和星系相继形成，最终构成了我们所处的丰富多彩的宇宙。

宇宙起源的另一种猜测

黑洞被称为“宇宙饕餮”，因为它可以吞噬路过的天体和光，形成一个黑洞周围总是漆黑一片的景象，难以被观测到。普林斯顿大学的两位物理学家在2000年代初期提出了一种周期性宇宙学模型，相信宇宙并非由一个独特的大爆炸所形成，而是在宇宙诞生之前，时空就已经存在了。根据这个模型，宇宙会无限地自我维持循环。爱因斯坦在1930年代提出了宇宙会经历无休止的大爆炸和大压缩循环的想法，我们现在所处的宇宙可能是先前宇宙崩溃的结果。这种理论称为“大循环”理论，试图回答其他问题，例如大爆炸之前发生了什么，为什么大爆炸会导致一段快速扩张时期。

科学家Paul Steinhardt和Neil Turok在2001年，提出了一种新的宇宙周期性模型，他们称之为“宇宙的循环模型”。在弦理论中，膜或“膜”是存在于多个维度的物体。据斯坦哈特和图罗克称，我们现在所见到的三个空间尺寸对应于这些“膜”，可以并行存在两个3D金属板，它们之间有一个额外的隐藏维度。这些金属板会沿着这个额外的维度移动并相互碰撞，从而引发一个宇宙大爆炸，形成了我们所知道的宇宙。当它们碰撞时，事件会按照标准的“大爆炸”模型展开：产生热物质和辐射，迅速膨胀，然后一切冷却并形成各种结构，如星系、恒星和行星。但是，斯坦哈特和图罗克认为，这些金属板之间有某种相互作用，他们称之为“金属板间相互作用”，它将它们拉在一起，因此它们再次碰撞并导致下一个大爆炸。

而在这个模型提出来之前，就有许多科学家认为，我们的宇宙一直都在循环，它并非由一个奇点爆炸而来，在此之前宇宙就已经存在了。这种观点认为黑洞可能是宇宙的另一种起源方式。黑洞可以吞噬路过的天体和光，因此也许黑洞是导致宇宙循环的重要原因之一。根据这个观点，就如同我们上文所说的那样，宇宙是无限循环的，每次循环结束时，所有物质都会被吞噬并成为黑洞，最后再次爆发一个大爆炸，形成一个新的宇宙。这样的循环会持续无限，直到宇宙中没有任何物质为止。

彭罗斯的猜测与研究

2020年，享年90岁的科学家罗杰·彭罗斯因在宇宙循环理论方面的突破性贡献获得了诺贝尔物理学奖。他提出了共形循环宇宙学——一种基于广义相对论框架的宇宙模型，认为宇宙经历了无数次的大爆炸并将永远循环下去。据他的理论，每一次循环都会出现一次大爆炸，而大爆炸并不是宇宙的开始。

彭罗斯在2005年便开始了构思，将热力学第二定律和宇宙加速膨胀的时空几何结构联系在一起，从而提出了共形循环宇宙学。他的理论认为，每一个“永世子”都代表十亿年的时间段落子，随着宇宙质量和结构的衰变而结束，并在两个方向上无限持续下去——无论过去还是未来，这些永世子永远存在。

对于理论的证明，彭罗斯也给出了实在的证据。他在宇宙中发现了六个称为“霍金点”的“温暖”天空点。（霍金点，指的是宇宙中直径相当于八个月球直径、温度极高的点。）通过在宇宙微波背景下观测到温度异常斑点，彭罗斯得出结论：这些黑洞是在前一个永世子发生爆炸时，由于超大质量黑洞霍金辐射的结果产生的。这些黑洞直径相当于月球直径的八倍，并具有相当高的温度。每个黑洞的质量都足以吞噬整个银河系，但由于它们的能量散布已经持续了几十万年，在形成热点之后，很难被人类直接观测到。

对于彭罗斯的理论，科学家们曾存在争议，其中一部分科学家认为，暴胀理论可以解释宇宙大爆炸中出现的问题，而另一部分则更倾向于共形循环宇宙学。不过，不管选择哪种宇宙起源方式，这些理论都为科学研究做出了巨大的贡献。

为什么人类要研究宇宙？

宇宙，一个充满着未知与谜团的庞大存在。对于人类来说，探索宇宙是一项永恒的任务。虽然现如今的科学技术水平已经可以让我们获得众多的知识和信息，但是对于宇宙的本质还远远未能完全揭示。

人类社会的发展离不开对宇宙的探索。在一定程度上，科学技术的进步就是推动人类对宇宙认识的进步。通过对宇宙的探索，人类可以更好地理解自然规律，也可以丰富和完善人类的知识结构。