宇宙大爆炸之前的“宇宙”，到底是什么样？

新的研究表明，一个无止境膨胀和坍塌交替的新宇宙模型仍然需要一个开始。

弹跳宇宙模型解决了奇点的问题，但也有自身的缺陷。（图源：美国国家航空航天局/WMAP科学团队/罗伯特）

新的研究基于一个经历膨胀和收缩无限交替的循环宇宙概念，被称为“弹跳宇宙”模型，指出了一个其存在的麻烦问题。

弹跳宇宙模型提出宇宙没有开端，它消除了宇宙大爆炸理论无法解释的一个问题，即奇点到宇宙极速膨胀开始前的一段时间到底发生了什么。

布法罗大学的研究人员说新的弹跳宇宙模型想尝试解决熵的问题（熵是宇宙中不可用能量的一个度量，它只能增加），但它也有像先前提出的无止境膨胀和收缩模型一样，有个同样的缺陷。它仍然需要宇宙有一个开端。

布法罗大学的物理学家威尔·金尼说：“人们提出的弹跳宇宙理论，可以让宇宙无限回到过去，但我们能看到，在这类最新模型中有一种是解释不通的。即这种解决熵问题的最新模型，尽管宇宙有循环，它仍然必须要有个开始”。

关于宇宙起源普遍被认可的理论被称为“宇宙膨胀”理论。该理论提出，在时间产生之前，宇宙中的所有能量都被包含在一个奇点中（奇点是无法被物理学描述的一个无穷小的点）。

奇点消逝于大爆炸理论提出的宇宙极速膨胀时间段后，之后宇宙开始膨胀并冷却，因此导致了物质的产生——先是第一个氢原子产生，随后是重元素，最终恒星和星系产生。

问题是，大爆炸理论可以很好的解释爆炸后几分之一秒到138亿年后我们今天看到的宇宙结构，但它无法解释奇点到这次膨胀开始前的情况，甚至无法解释是什么导致了膨胀。

宇宙膨胀的一个图解。（图源：Getty 图片）

弹跳宇宙理论消除了这个问题，在这个理论中，因为膨胀和收缩时期是交替无限发生的，不存在开始，因此不需要解释开始前发生了什么，宇宙将经历同宇宙膨胀模型提出的类似的膨胀，但随后又以“大坍塌”的形式反弹。

因此，每次新的膨胀期都始于前一周期的坍塌而非奇点。但是金尼认为弹跳宇宙理论有自己的缺陷。

“不幸的是，近一百年来人们一直不认可这些循环模型，因为随时间推移宇宙会变得无序或熵增，所以每次循环周期都不同于上一次。它并不是真正的循环，围绕熵增问题提出的最新循环模型表明宇宙在每次循环经过一次膨胀后，熵就会被稀释一些。”

金尼说这种新的弹跳宇宙模型试图拉伸一切以摆脱黑洞等宇宙结构，从而在另一次循环开始前将宇宙恢复到和它最初一样的同质状态。

基于跳动宇宙也许存在这个假设。他说，“我们可以看到，在解决熵的问题时，已经设想了宇宙有一个开始的场景，我们的论证表明总体来说任何通过膨胀移除熵增的周期模型都必须有一个开始。但我们的论证不适用于罗杰.彭罗斯提出的周期模型，即宇宙在每个周期中都无限膨胀，我们正在研究这个模型。”

金尼的合作伙伴是UB的物理学博士生，妮娜·斯坦因。她强调了两人在研究弹跳宇宙时遇到的问题：“存在一个时间点，在此之前，什么都没有，没有时间，没有我们，我们想知道在那之前发生了什么”-所有的科学家都是。

但据我们所知，在所有涉及熵的宇宙模型中，都必须要有个“开始”。始终存在一个问题无人能回答。即“在此之前发生了什么？”

这意味着至今在宇宙和时间出现之前存在什么依然是一个谜，且将仍然会在未来一段时间内被宇宙学家激烈讨论。

“对早期的宇宙感到好奇有很多理由，但我最喜欢的是想知道发生了什么是自然的人类趋向。”斯坦因说：“纵观人类的文化和历史，关于“宇宙起始”，人类过去就有讲述关于创生的故事，我们总是想知道我们来自何处。”

金尼和斯坦因的发现在6月版的《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上发表的一篇论文中进行了讨论。

BY:Robert Lea

FY: 杂七八糟嘿

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来源: 天文在线