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诺奖得主宇宙正在ldquo循环重生


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观测技术的提高,使得我们对宇宙的认识越来越深刻,各种有关宇宙起源的理论层出不穷。科学家们都试图用自己的观点去解释宇宙的起源,自从“宇宙”的概念出现后,科学家就在寻找宇宙的起源和宇宙的结局,大爆炸宇宙论和熵增定律就是一种答案。

持有其他观点的科学家不在少数,比如罗杰·彭罗斯,年诺贝尔物理学奖的获得者,获奖后声望再次提升。就在他拿下诺奖的时候,他的一篇关于宇宙起源的论文在科学界流传开来,论文直接指向大爆炸宇宙论,同时反驳了熵增理论,认为宇宙是无限循环的,能够重生。

熵增理论指出宇宙的结局是热寂,宇宙内的一切物质都在熵增,最后以能量的形式存在。宇宙的每个角落,温度都将相同,没有生机。也就是说,宇宙中的物质都死亡了,就像一潭死水,没有波澜。彭罗斯却认为这还不是宇宙的最终结局,而是宇宙走向结局所经历的一个阶段。下一个阶段,就是从热寂的状态中走出来,一切物质集中起来,再次经历大坍缩。

一个新的宇宙从已经“死亡”的宇宙中诞生,这一循环过程也是无限的。熟悉大爆炸宇宙论的人都知道,宇宙诞生后还有一个暴涨阶段。彭罗斯的观点针对的是暴涨阶段,把它抹除了,其他方面和大爆炸宇宙论基本相同。

暴涨理论是为了修补大爆炸宇宙论才出现的,我们以宇宙空间的曲率为例,从宇宙微波背景辐射的观测数据来看,宇宙空间是平坦的,能量密度等于临界密度。宇宙如此广阔,为什么空间曲率却是平坦的?为什么会出现星系和星云这样大型物质结构?

只要宇宙经历过一个暴涨阶段,这个问题就能得到一个比较合理的解释。我们知道空间的曲率由物质和能量决定,两者的比重不同让宇宙空间有了曲率。如今的宇宙以物质为主,大爆炸发生之初的宇宙却是以能量为主,物质都是些基本粒子。

当暴涨开始时,早期宇宙中的能量和物质会被分散到变大的空间中,每个角落都有。早期宇宙的形状可能是开放的,也可能是紧密闭合的,但是经历过暴涨后,宇宙空间变大了无数倍,空间曲率就被强行拉伸到平坦的状态。物质和能量的分布情况改写了,两者的密度也恰好能让空间处于平坦状态,星系和星云有了诞生的可能。

这也解释了为什么宇宙各处的温度大致一样,暴涨阶段没开始的时候,物质和能量在一个小空间里交换信息,空间内的温度并不处处相同。等到暴涨发生,空间在很短的时间里扩大了无数倍,以至于我们今天再去测试宇宙的温度,发现宇宙各处的温度基本都一样。

可以看到暴涨理论能对大爆炸宇宙论进行补充,彭罗斯抹除了暴涨阶段,认为空间的平坦和热平衡问题,都是因为宇宙重新经历了一次大坍缩,这让很多科学家无法接受。

还有彭罗斯发现的“霍金点”,这是他提出循环宇宙论的依据之一,也遭到了科学家的质疑。在霍金的计算结果中,黑洞不是“只进不出”的,而是一直在对外释放出辐射,带走部分质量。

一个大型黑洞想要通过这种方式完全蒸发,需要数亿年的时间,可能比宇宙亿岁的年龄还要大。黑洞蒸发完毕后,还会留下一种特殊印记,这就是“霍金点”。但是科学家不太相信霍金的理论,更不承认有“霍金点”存在。

彭罗斯宣称自己观测到了宇宙微波背景辐射中,有霍金点的印记,是上一个宇宙的黑洞,蒸发遗留下来的。在他们看来只不过是偶然现象,无法重复观察,是把别的印记当成了霍金点。黑洞蒸发理论和霍金辐射,本身就没有得到彻底证实,彭罗斯用它作为理论依据,自然没有说服力。

当然,我们可不能说彭罗斯一定是错误的,以他的科学素养,真没有把握的事情他也不会发表论文,只是证据不足罢了。倘若他的循环宇宙理论得到证实,现代宇宙学将迎来重建,我们也会重新认识宇宙。

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