新浪科技訊 北京時間5月6日消息，據國外媒體(ti) 報道，過去幾十年來，物理學家告訴我們(men) ，一開始宇宙處於(yu) 密度和溫度都無限高的狀態，可以想象成一個(ge) 無限稠密的小球體(ti) ；然後，這個(ge) 小球體(ti) 爆炸了，產(chan) 生了我們(men) 今天看到的原子、分子、恒星和星係。

　　但最近，新的理論物理學研究發現了一扇通向極早期宇宙的可能窗口，並指出這段時期可能根本就不是真正的“極早期”。相反，這可能隻是最近一次“爆炸—反彈”周期的一部分。這樣的循環至少出現過一次，並可能永遠持續下去。

　　當然，在物理學家決(jue) 定拋棄大爆炸而選擇“大爆炸-反彈”周期之前，這些理論預測還需要經過大量的觀察檢驗。　　
 

　　大爆炸理論

　　科學家對早期宇宙已經有了很好的認識，這就是我們(men) 熟知並廣為(wei) 接受的大爆炸理論。在這個(ge) 模型中，很久以前的宇宙比現在小得多，熱得多，密度也大得多。在138億(yi) 年前的早期宇宙中，構成我們(men) 今天所有一切的元素都是在大約12分鍾內(nei) 形成的。

　　大爆炸理論認為(wei) ，甚至在更早的時候，在某一時刻，整個(ge) 宇宙（包含所有的恒星，所有的星係，所有的一切）隻有一個(ge) 桃子那麽(me) 大，而溫度超過千萬(wan) 億(yi) 度。

　　令人驚訝的是，目前所有的觀察結果都證實了這個(ge) 奇幻的故事。天文學家做了各種各樣的工作，從(cong) 觀測年輕宇宙遺留下來的電磁輻射，到測量最輕元素的豐(feng) 度，結果發現它們(men) 都符合大爆炸理論的預測。就我們(men) 所知，這是目前對早期宇宙的最準確寫(xie) 照。

　　盡管如此，我們(men) 知道大爆炸理論的框架並不完整——有一塊拚圖不見了，而那塊拚圖就是宇宙本身最早的時刻。

　　這是宇宙最大的謎題之一。
 

　　火宇宙

　　問題在於(yu) ，我們(men) 用來理解早期宇宙的物理學（廣義(yi) 相對論和高能粒子物理學的奇妙而複雜的大雜燴）隻能把我們(men) 帶到大爆炸那一刻。當我們(men) 試圖把宇宙的最初時刻再向前推時，數學變得越來越難解，直到無法適用。

　　物理學家尚未探索的一個(ge) 重要問題是在大爆炸開始時存在的“奇點”，或一個(ge) 密度無窮大的點。從(cong) 表麵上看，這告訴我們(men) ，在某一時刻，宇宙被塞進了一個(ge) 體(ti) 積無限小、密度無限大的點。這顯然是荒謬的，其真正代表的含義(yi) 是，我們(men) 需要新的物理學來解決(jue) 這個(ge) 問題——目前的理論工具還不夠好。

　　為(wei) 了破解這一難題，我們(men) 需要一些新的物理學工具，一些能夠在超高能量下處理引力和其他力的東(dong) 西。這正是弦理論所主張的，它可以作為(wei) 一種能夠在超高能量下處理引力和其他力的物理模型。換言之，弦理論聲稱可以解釋宇宙的最初時刻。

　　最早的弦理論概念之一是“火宇宙”（ekpyrotic universe），這個(ge) 詞來自希臘文，意為(wei) “大火”。在這一概念下，我們(men) 所知道的大爆炸是由在它之前發生的其他事件引發的——大爆炸不是開始，而是一個(ge) 更大過程的一部分。

　　“火宇宙”的概念擴展之後，又產(chan) 生了一種被弦理論激發的理論——循環宇宙（cyclic cosmology）。從(cong) 技術上講，宇宙不斷循環往複的概念已經有幾千年的曆史了，比物理學還早，但弦理論為(wei) 這個(ge) 想法奠定了堅實的數學基礎。正如一般想象的那樣，這個(ge) “循環宇宙”不斷在大爆炸和大擠壓（big crunch）之間反彈，可能是回到過去的永恒，也可能是進入未來的永恒。

　　按照大反彈理論，每次循環都以一個(ge) 平滑的小宇宙開始，但不可能像奇點那麽(me) 小；之後，這個(ge) 小宇宙逐漸擴張，變得越來越大，越來越扭曲，達到一定程度後開始坍縮，同時變得越來越平滑，最終縮小到開始時的體(ti) 積；接著又重新開始同樣的循環。
 

　　在初始之前

　　“循環宇宙”理論聽起來很酷，但早期的數學模型很難匹配觀測結果。當我們(men) 真正嚐試做科學研究時，這是非常重要的一個(ge) 問題。

　　最主要的障礙在於(yu) 如何與(yu) 宇宙微波背景的觀測結果相吻合。宇宙微波背景是宇宙誕生38萬(wan) 年時遺留下來的熱輻射，被稱為(wei) “宇宙中最古老的光”。盡管我們(men) 不能直接觀測到宇宙微波背景之前的一切，但如果想從(cong) 理論上著手對早期宇宙的物理學進行修補，就會(hui) 影響到這些“餘(yu) 光”的模式。

　　因此，循環宇宙似乎是一個(ge) 簡潔但不正確的概念。但是，多年以來，科學家們(men) 一直懷揣著“火宇宙”理論的種子。在2020年1月發表在arXiv數據庫上的一篇論文中，加拿大麥吉爾大學的物理學家羅伯特·布蘭(lan) 登貝格爾（Robert Brandenberger）等研究者探索了該理論的數學難題，並發現了一些此前沒注意的因素。他們(men) 發現，在“反彈”的時刻，即當宇宙收縮到一個(ge) 極小的點並回到大爆炸狀態時，可以使理論預測與(yu) 觀測檢驗的結果達成一致。

　　換句話說，盡管這個(ge) 關(guan) 鍵時期的物理學非常複雜（而且了解還很有限），但確實會(hui) 讓我們(men) 對宇宙的時間和位置有一個(ge) 根本性的修正。當然，要完全檢驗這個(ge) 模型，我們(men) 還必須等待新一代的宇宙學實驗。在那之前，“宇宙誕生之前是什麽(me) ”還將是一個(ge) 無解的問題。（任天）

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