@ 2017.12.05 , 12:00

新观点:宇宙从没发生过大爆炸

新观点:宇宙从没发生过大爆炸
Credit:123RF

巴西坎皮纳斯州立大学的一位物理学家并不认为时间是从所谓的“大爆炸”开始的。

相反,朱利亚诺·塞萨尔·席尔瓦·内维斯(JulianoCésarSilva Neves)想像的宇宙经历无数次轮回往复,先是膨胀,扩张到某个极限之后开始像倒放一样,宇宙发生收缩;知道某个时刻,再次膨胀,周而复始。甚至我们的宇宙会保存上一轮轮回过程的某些时间痕迹。

这个想法本身并不新鲜,但是这次内维斯使用了一个50年前才发展出来的数学技巧对黑洞进行了刻画,向我们展示了为什么宇宙不需要一个超级紧凑的点作为开始。

乍看之下,我们的宇宙似乎与黑洞没有太多相似之处。一个是万事万物以及存在空间本身;另一个则是太空中质量太大的天体,连光都无法摆脱它引力的束缚。

但是,两者的核心是一个被称为奇点的概念——一个密度无限大,体积无限小的“点”——是物理定律和所谓意义的边界——理论上奇点之中,可以发生任何事情。

内维斯说:“宇宙中有两种奇点。一个是所谓的宇宙奇点,或者说是宇宙大爆炸开端,另一个隐藏在黑洞的视界之后。”

更进一步,有人提出宇宙本身就是由一些其他时空泡沫中的黑洞构成的。

无论我们在谈论什么类型的奇点,爱因斯坦的广义相对论都是无效的,而量子力学正在相对论失效之处,努力延续我们的认知。

科幻作家可能会喜欢它们,但奇点的不可能性使它们成为物理学家们失眠的主要原因。

问题是,如果我们回溯一个不断膨胀的宇宙,我们就会达到所有这些质量和能量集中在一个无限密集的点的程度。如果我们在坍塌的巨大天体上快进,我们也会得到同样的东西。

奇点可能会毁灭物理学定律,但到目前为止,我们却没有能够通过物理定律来排除掉它。

另一方面,一些物理学家认为存在着“摇摆”的空间可供操作。从理论上说,不是所有的黑洞模型都需要存在一个奇点。

内维斯说:“在所谓的正规黑洞(regular black holes)中没有奇点。”

1968年,一位名叫詹姆斯·巴丁(James Bardeen)的物理学家提出了一个奇点问题的解决方案。

他设计了一种描述黑洞的数学技巧,在事件视界之后的某个地方消除了奇点,这种黑洞被称之为“正规黑洞”。

巴丁模式背后的历史和推理过程这里写不下;用太长不看(tl; dr)版本,他认为在黑洞中心的质量不一定是恒定的,而是可以用一个函数来描述,这个函数取决于你离它的中心有多远。

这意味着我们可以抠掉愚蠢的奇点,因为质量仍然存在于某个的体积里,哪怕这个体积非常之小。

内维斯建议我们把巴丁的工作往前推进一步,并应用于其他恼人的奇点——宇宙大爆炸前的类型。

通过假设宇宙膨胀的速度不仅仅依赖于时间,而且还依赖于时间的规模,他表明,在138亿2千万年前,没有必要从一个奇点开始一场大爆炸。

那么时间开始之前发生了什么呢?

“消除奇点或宇宙大爆炸将宇宙学转到了轮回宇宙理论的怀抱。”内维斯说。

“轮回的宇宙”实际上已经有百年的历史,它的含义即我们今天体验到的正在膨胀的宇宙是在前一次收缩之后向外反弹的过程。

尽管目前这个概念在宇宙学界还是一个很边缘观念,但是内维斯支持这样一种观点:上一轮收缩的宇宙痕迹可能在大扩张中幸免于难。如果真的如此,找到这些伤痕可能有助于验证假说。

内维斯说:“宇宙永恒演替的扩张和收缩阶段的这种现象被称为周期性宇宙,它是轮回宇宙学推导出的结果。”

直到我们找到了更坚实的观察证据,弹簧伸缩一样的宇宙模型无疑将留在“好主意”的篮子里。

但是,解决奇点问题的任何努力都值得仔细考虑。内维斯的工作只是可能的解决方案之一,它们通过置换基本的假设,以消除破坏物理定律的要件。

这是我们迟早需要解决的一个棘手问题。

这项研究发表在《广义相对论和引力》(General Relativity and Gravitation)。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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