宇宙可能会在永恒中“反弹”,但它仍然必须从某个地方开始


宇宙可能会在永恒中“反弹”,但它仍然必须从某个地方开始


从最小的细菌到最大的星系 , 死亡迫在眉睫;即使从宇宙的角度来看 , 时间尺度太大 , 我们无法真正理解 。 最终 , 即使是宇宙本身也会走到尽头 —— 当最后一道光消失时 , 只剩下冰冷、致密的死星块 。

上图:火焰星云 。
也就是说 , 至少在目前的宇宙学模型下是这样的 。 但如果我们的宇宙不是冰冷地死去 , 而是坍缩 , 重新膨胀 , 再坍缩 , 一次又一次 , 就像一个巨大的宇宙肺?
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 , 我们的宇宙可能只是一系列没有开始或结束的出生、死亡和重生中的一个 —— 不是大爆炸 , 而是大反弹 。
现在物理学家已经证明 , 大反弹假说(Big Bounce hypothesis)的最新迭代 , 它解决了以前迭代的重大问题 , 但仍然有很大的局限性 。
布法罗大学的物理学家威尔·金尼(Will Kinney)说:“人们提出了弹跳宇宙 , 让无限的宇宙回到过去 , 但我们展示的是 , 这些最新类型的模型中有一种是行不通的 。 在这种解决熵问题的新型模型中 , 即使宇宙有循环 , 它仍然必须有一个开始 。 ”
目前 , 普遍接受的宇宙模型认为 , 宇宙起源于一个被称为“奇点”的起点 。 大约138亿年前 , 我们所知道的宇宙开始从一个密度极高的时间和空间中膨胀出来(出于某种原因) 。
不幸的是 , 支持“大爆炸”解释的模型几乎没有说明这样的奇点可能是什么样子的 。
“大反弹假说”(Big Bounce hypothesis)作为一种替代方案 , 可以通过完全消除奇点来回避奇点的问题 。 一个正在崩溃的宇宙会在它达到这样一个打破模型的时刻之前反弹 。
然而 , 这一假说并非没有问题 。 一个无休止的“跳跃”宇宙也应该有无休止增长的熵 , 这是宇宙无序的衡量标准 。 如果大爆炸只是无穷无尽的一系列爆炸中的一个 , 那么熵应该非常高;但它不是 。 事实上 , 如果宇宙在大爆炸时的熵很高 , 它就不可能像我们所知道的那样存在 。
2019年 , 随着修正模型的发布 , 大反弹假说得到了喘息之机 , 该模型包含了解决这一重大障碍的方案 , 这一障碍阻碍了该假说几十年 。 研究人员发现 , 宇宙每一次循环的膨胀都足以稀释熵 , 使宇宙在下一次反弹之前恢复到原始状态 。
这是一件大事 , 似乎把大反弹理论作为一个可信的宇宙学模型重新摆上了台面 。 但现在 , 其他科学家已经做了科学家们最擅长的事情 。 他们在修订后的模型上挖了一个新洞 。
物理学家威尔·金尼和他的同事 , 同样来自布法罗大学的物理学家尼娜·斯坦(Nina Stein)进行了一系列的计算 , 发现一个循环的宇宙不可能无限地延伸回过去 。
威尔·金尼解释道:“长话短说 , 我们证明 , 在解决熵问题时 , 你创造了一种环境 , 让宇宙有了一个开始 。 我们的证明表明 , 一般而言 , 任何通过膨胀消除熵的循环模型 , 都必须有一个开始 。 ”
这并不意味着循环宇宙已经死在水中 。 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 , 该模型被称为共形循环宇宙学 。 根据他对重复宇宙的解释 , 每个循环都无限膨胀 , 没有收缩周期 。 这是一件相当复杂的事情 , 需要进一步的探索 。
然而 , 目前看来 , 大反弹假说至少需要更多的思考才能保持可行性 。
物理学家尼娜·斯坦表示:“在某个时间点之前什么都没有 , 没有时间的想法困扰着我们 , 我们想知道在那之前有什么 。 但据我们所知 , 肯定有个‘开始’ 。 有一个问题没有答案 , '在那之前发生了什么?'”
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