宇宙大爆炸之前的“宇宙”，到底是什么樣？

新的研究表明，一個無止境膨脹和坍塌交替的新宇宙模型仍然需要一個開始。

彈跳宇宙模型解決了奇點的問題，但也有自身的缺陷。（圖源：美國國家航空航天局/WMAP科學(xué)團隊/羅伯特）

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

彈跳宇宙模型提出宇宙沒有開端，它消除了宇宙大爆炸理論無法解釋的一個問題，即奇點到宇宙極速膨脹開始前的一段時間到底發(fā)生了什么。

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

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

關(guān)于宇宙起源普遍被認可的理論被稱為“宇宙膨脹”理論。該理論提出，在時間產(chǎn)生之前，宇宙中的所有能量都被包含在一個奇點中（奇點是無法被物理學(xué)描述的一個無窮小的點）。

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

問題是，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)，但它無法解釋奇點到這次膨脹開始前的情況，甚至無法解釋是什么導(dǎo)致了膨脹。

宇宙膨脹的一個圖解。（圖源：Getty 圖片）

彈跳宇宙理論消除了這個問題，在這個理論中，因為膨脹和收縮時期是交替無限發(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。但是金尼認為彈跳宇宙理論有自己的缺陷。

“不幸的是，近一百年來人們一直不認可這些循環(huán)模型，因為隨時間推移宇宙會變得無序或熵增，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)，圍繞熵增問題提出的最新循環(huán)模型表明宇宙在每次循環(huán)經(jīng)過一次膨脹后，熵就會被稀釋一些?！?/p>

金尼說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)。

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

金尼的合作伙伴是UB的物理學(xué)博士生，妮娜·斯坦因。她強調(diào)了兩人在研究彈跳宇宙時遇到的問題：“存在一個時間點，在此之前，什么都沒有，沒有時間，沒有我們，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“開始”。始終存在一個問題無人能回答。即“在此之前發(fā)生了什么？”

這意味著至今在宇宙和時間出現(xiàn)之前存在什么依然是一個謎，且將仍然會在未來一段時間內(nèi)被宇宙學(xué)家激烈討論。

“對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：“縱觀人類的文化和歷史，關(guān)于“宇宙起始”，人類過去就有講述關(guān)于創(chuàng)生的故事，我們總是想知道我們來自何處?！?/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)表的一篇論文中進行了討論。

BY:Robert Lea

FY: 雜七八糟嘿

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