@ 2022.08.10 , 23:57

哪怕是轮回宇宙,也需要一个起始点

凡存在之物,必会消亡;即使是伟大的时空本身亦是如此。虽然宇宙的寿命,跨越的时间尺度太大,我们无法真正理解,但万物终焉——当最后一道光消失时,只剩下冰冷、致密的死星块。

也就是说,至少,当前的宇宙学模型可推导出上面的结果。但是,如果我们的宇宙没有化为冻寂地狱,而是像一个巨大的肺一样,扩张、坍缩、再扩张再坍塌呢?

这并不是一个被广泛接受的理论,但对于一些宇宙学家来说,我们当前的宇宙的确有可能只是没有开始和结束的无限轮回中的一环——没有大爆炸,只有大反弹。

现在物理学家证明,大反弹假说的最新版本——解决了老版本的重大问题——仍有很大的局限性。

布法罗大学的物理学家Will Kinney说:“人们提出轮回宇宙以使宇宙有无限的过往,但我们展示的是这些模型的最新版之一,是不成立的。为了解决熵问题而修正的模型,即使宇宙可以轮回,它仍然必须有一个起点。”

目前,最被接受的模型认为,宇宙从一个时空奇点开始。大约 138 亿年前……出于某种原因,我们所知的宇宙从一个无限密集的时空中喷涌而出。

不幸的是,支持“大爆炸”解释的模型对这种奇点几乎无话可说。

作为替代方案,大反弹假说可以通过完全取消奇点来回避奇点问题:正在崩溃的宇宙会在它达到这样一个打破模型适用范围的时间点之前反弹,就像被压缩的弹簧。

然而,这个假说并非没有自己的问题。一个不断“轮回”的宇宙,在上一轮的生命末期,会有部分熵保留到本轮生命(即宇宙中无序的度量)。如果大爆炸只是永恒的压缩和拉伸周期中的一程,那么本宇宙继承的熵应该非常之高(因为之前已经轮回了无数轮);但事实并非如此。事实上,如果宇宙在大爆炸时熵很高,现在你我就不应该存在。

2019年,有专家发布了修正模型,新模型解决了几十年来阻碍该假说发展的的熵难题。研究人员发现,每个周期的宇宙膨胀都会充分稀释熵,以使宇宙在下一轮反弹之前恢复到原始态。

这可是了不起的成就,直接将大反弹假说重新摆上台面,成为宇宙大爆炸理论的挑战者。但现在,其他科学家做了科学家最擅长的事情:他们又在修正模型上戳了一个新洞。

Kinney和他的同事、同样来自布法罗大学的物理学家 Nina Stein 经一系列计算,发现循环宇宙不可能无休止地回到过去。

“长话短说,我们展示了在解决熵问题的过程中,你引入的条件导致你必须承认宇宙存在一个起始点。我们证明,任何通过膨胀消除熵的循环宇宙模型都必须有一个总的开端。”

这并不意味着循环宇宙已死。该团队指出,他们的工作不适用于物理学家罗杰·彭罗斯的循环宇宙模型,即共形循环宇宙学。根据彭罗斯版的循环宇宙,每个周期都无限膨胀,没有收缩期。那是一个在数学上极其复杂的对象,需要进一步研究。

然而,就目前而言,大反弹似乎至少需要更多的思考才能保持可行性。

“要给时间起点,之前什么都没有、没有时间的想法令我们困扰,我们就想知道在那之前存在什么。”Stein说。 “但据我们所知,一定有一个'开始'。'在那之前发生了什么?'这个问题不会有答案。”

该研究已发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上。

https://www.sciencealert.com/eternal-bouncing-universes-still-have-to-start-somewhere


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