宇宙的演化，從(cong) 左邊的大爆炸到右邊的現代宇宙。| 圖片來源：NASA

回到大約138億(yi) 年前，在大爆炸之後宇宙經曆一次極其快速且短暫的暴脹時期，從(cong) 而抹平了空間中的曲率，造就了我們(men) 所觀測到的平坦的宇宙。自那之後，宇宙持續的膨脹、冷卻和演化。在不同的地方，粒子會(hui) 聚集逐漸形成星係和恒星。

這張近紅外圖中顯示了銀河係周圍的星係分布：藍色的是離我們(men) 最近的，紅色的是離我們(men) 最遠的。中線的明亮地帶就是銀河係。這張圖的繪製來自於(yu) 超過150萬(wan) 個(ge) 星係的數據。| 圖片來源：Thomas Jarrett / IPAC / Caltech

這樣一幅簡單的圖景被稱為(wei) 暴脹理論，它與(yu) 迄今為(wei) 止的所有觀測結果都相吻合，也受到大多數宇宙學家的青睞。但是，它背後所蘊含的一些含義(yi) 卻令部分宇宙學家不安：在時空的大部分區域，這種快速的膨脹永遠不會(hui) 停止，因此這就勢必會(hui) 產(chan) 生多重宇宙。

普林斯頓大學的物理學家Paul Steinhardt是暴脹論的提出者之一，然而後來的他卻轉而成為(wei) 了這一理論的批判者。近年來，他與(yu) 其他一些科學家提出了周期性宇宙的概念，認為(wei) 宇宙會(hui) 周期性地膨脹和收縮，此時的宇宙正處於(yu) 這種“創造”與(yu) “毀滅”的永恒循環中的最新一輪中。

通過與(yu) 專(zhuan) 門研究廣義(yi) 相對論計算模型的Frans Pretorius一起，Steinhardt與(yu) 德國馬克斯普朗克引力物理研究所的宇宙學家Anna Ijjas分析了一個(ge) 正在坍縮的宇宙是如何改變自身結構的。

在暴脹模型中，暴脹過程就像是在吹氣球，它負責讓膨脹的宇宙變得平滑和平坦。這就像是在氣球上放有一隻螞蟻，在此過程中，螞蟻會(hui) 像是通過一個(ge) 越來越強大的放大鏡來觀測一切，它所能看到的距離縮小了，世界變得越來越“平平無奇”（沒有明顯特征）。

而對於(yu) 周期性宇宙模型，Steinhardt和合作者想象了一個(ge) 在某種無處不在的能量場的驅動下，已經膨脹了約一萬(wan) 億(yi) 年的宇宙。當這個(ge) 能量場最終變得稀疏時，宇宙開始慢慢收縮，然後在數十億(yi) 年的時間裏，收縮將一切距離拉近，但並不會(hui) 全部收縮到某一點上。收縮使得能量場重新“蓄能”，使宇宙變熱，於(yu) 是大反彈便再次隨之而來，開始新一輪的循環。宇宙變得平滑，就發生在收縮期間，一個(ge) 被稱為(wei) 哈勃半徑（能夠看到的最大距離）的度量在這一時期發生了翻天覆地的變化，它猛地收縮最終變成微小的距離，確保了平滑和平坦。

循環宇宙模型：宇宙沒有開始也沒有結束，周期性的收縮能讓宇宙結構變得平滑。| 圖片參考來源：Quanta Magazine

在計算機模擬中，Steinhardt和他的合作者用一係列“嬰兒(er) 時期”的宇宙，對緩慢收縮模型進行了測試。一直以來，Steinhardt和Ijjas對暴脹理論的一個(ge) 批評就在於(yu) ，它隻在一些特殊情況下起作用，比如它需要其能量場在形成時是“平平無奇”的。因此在新研究中，他們(men) 探索了各種不同情況下的能量場，比如扭曲的、不均勻的場，向錯誤方向移動的場，以及天然地就有一半在向相反方向運動的場……模擬表明，幾乎在每一種情況下，收縮都會(hui) 迅速產(chan) 生一個(ge) 和我們(men) 現在的宇宙一樣“平平無奇”的宇宙。

一些宇宙學家認為(wei) ，新的這項模擬非常全麵，但目前這些新的計算技術才僅(jin) 僅(jin) 讓這樣的分析變為(wei) 可能，因此，很有可能暴脹的所有情況仍處於(yu) 未被繪製的階段。接下來，研究人員將會(hui) 把注意力放在反彈本身，這會(hui) 是一個(ge) 更加複雜的階段。他們(men) 希望，通過將收縮和反彈階段合在一起，將能識別出與(yu) 反彈宇宙有關(guan) 的特征。

封麵圖來源：Free-Photos / Pixabay

參考來源：

https://www.simonsfoundation.org/2020/04/22/bang-bounce-or-something-else/

https://www.quantamagazine.org/big-bounce-simulations-challenge-the-big-bang-20200804/

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2020/08/030/meta

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