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宇宙|宇宙会坍缩成奇点无限循环大爆炸吗？物理学家给出新解释

宇宙|宇宙会坍缩成奇点无限循环大爆炸吗？物理学家给出新解释
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宇宙会永远存在吗？如果是这样的话 ， 也许它一直在一个永无止境的大爆炸循环中来回弹跳 ， 在这个循环中 ， 所有的物质都从一个奇点中冒出来 ， 接着是大爆炸 。 而在大爆炸中 ， 所有的物质都被再次吞没 ， 形成那个稠密的点 ， 宇宙从那里再次诞生 。 如此循环往复 。
然而 ， 这些理论的数学从来没有真正地解决我们宇宙是循环的 ， 还是只有一个开始和一个结束 。 但最近 ， 一组理论家利用弦理论来解决早期宇宙的一些基本谜题 。 这个结果可能会给我们从零开始构建宇宙所需的理论推动力 ， 从而为重复存在的宇宙提供支持 。
想象一幅画
如果你想建立自己的宇宙理论模型 ， 请随意 ， 没有人能阻止你创造自己的宇宙观 。 但如果你想玩宇宙的游戏 ， 你就必须遵守它的规则 。 这意味着 ， 无论你的宇宙模型包含什么 ， 你都必须面对一些冰冷的、难以观测的证据 。
例如 ， 我们知道我们生活在一个不断膨胀的宇宙中 ， 其中的星系和恒星正以越来越快的速度飞离我们 。 科学家们可以通过使用不同类型的技术来计算离我们不同距离的星系移动的速度 。 我们也有宇宙婴儿时期的照片 ， 当它只有38万岁（相对宇宙现在有138亿岁 ， 真的是 “婴儿”） 。
在这张婴儿照片中 ， 我们看到了有趣的模式——微小的斑点和斑块 ， 揭示了在年轻的宇宙中存在着轻微的温度和压力差异 。
我们可以用所谓的大爆炸宇宙学来解释所有这些观测 ， 再加上一个被称为暴涨的理论 ， 我们认为这个过程发生在宇宙诞生不到一秒钟的时候 。 在这个过程中(这个过程本身只持续了极小的一刹那) ， 宇宙变得大非常大 ， 又在这个过程中 ， 将量子差异变得更大 。 这些差异最终会扩大 ， 因为密度稍高的斑块引力略强 ， 使它们变得更大 。 随着时间的推移 ， 这些差异变得足够大 ， 从而在宇宙的幼年图像中以斑点的形式印下了自己(数十亿年后 ， 又出现了恒星和星系之类的东西 ， 但那是另一回事) 。
早期宇宙之王
厌倦了大爆炸理论 ， 想要自己的宇宙学版本？但你必须解释一些事情 ， 比如宇宙的膨胀和宇宙初期图像中的斑点 。 换句话说 ， 你必须比大爆炸理论更好地解释宇宙 。
这看起来很简单 ， 但其实不然 。 宇宙早期的压强、密度和温度差异已经困扰了许多替代宇宙论 ， 包括最流行的让宇宙比大爆炸更大的理论之一 ， 即高温宇宙（Ekpyrotic Universe） 。 Ekpyrotic这个词来自希腊语“火灾” ， 指的是一个不断重复宇宙的古老哲学思想 。
在高温的情况下 ， 宇宙…不断重复 。 从这个角度来看 ， 我们目前正处于“爆炸”阶段 ， 最终(以某种方式)会慢下来 ， 停止、逆转 ， 并压缩回到难以置信的高温和高压 。 然后 ， 宇宙将(以某种方式)反弹回来 ， 并在一个新的大爆炸阶段重新点燃 。
问题是 ， 很难在高温宇宙中复制宇宙早期图像中的斑点和斑点 。 当我们试图拼凑一些模糊的物理学来解释“压碎-弹跳-爆炸”循环时(这里要强调“模糊” ， 因为这些过程涉及的能量和尺度 ， 我们甚至用已知的物理学都无法接近理解) ， 所有的东西都太……平滑了 。 没有疙瘩 ， 不摆动 ， 没有斑点 ， 没有温度、压强和密度的差别 。
这不仅仅意味着这些理论与早期宇宙的观测结果不符 。 这意味着这些宇宙论不会导致一个充满星系、恒星甚至人类的宇宙 。
这有点令人失望 。
S-膜拯救了一切
在过去的几年里 ， 高温理论的名字就是试图匹配暴涨理论所做的同样的观察结果 。 在最近的一次尝试中 ， 为了克服这一障碍 ， 使高温宇宙论至少在某种程度上得到尊重 ， 一个研究团队使用的正是S-膜宇宙（S-brane） 。
我们听说过弦理论 ， 这是基础物理的宇宙 ， 每个粒子都是微小的 ， 振动的弦 。 但几年前 ， 理论家们意识到弦不一定是一维的 。 他们给多维字符串起的名字呢？一个膜（brane） 。
至于“S”的部分?弦理论中的大多数膜都可以在时空中自由地漫游 ， 但是假设的S-膜只能在非常特殊的条件下在瞬间存在 。
在这个新高温理论场景中, 当宇宙处于最小最稠密的状态时 ， S-膜出现了 ， 触发了一个充满物质和辐射的宇宙重新膨胀(一个大爆炸) ， 并伴随着温度和压力的微小变化(引起宇宙婴儿时期众所周知的斑点片) 。 这是3位物理学家7月份在预印本服务器arXiv网上发表的一篇新论文中提出的建议 ， 意味着该论文还有待同行评审 。
这个想法正确吗？尚不清楚 。 最近 ， 弦理论走在薄冰上 ， 因为在大型强子对撞机上进行的实验未能找到任何关于超对称理论的线索 ， 而超对称理论是弦理论的关键基础 。 而S-膜的概念本身在弦理论界是一个有争议的观点 ， 因为它不确切地知道膜是否会被允许在一个时刻存在 。
还有一个事实是 ， 正如我们所知 ， 宇宙不仅在膨胀 ， 而且在加速膨胀 ， 没有任何迹象表明它在短期内会减速(更别说坍缩了) 。 要弄清楚是什么导致它踩刹车并掉头 ， 非常棘手 。
尽管如此 ， 高温理论(和其它)的观点还是值得探索的 ， 因为宇宙最早的时刻为现代物理学提供了一些最令人困惑和最具挑战性的问题 。
编译/前瞻经济学人APP资讯组
原文来源：
【宇宙|宇宙会坍缩成奇点无限循环大爆炸吗？物理学家给出新解释】https://www.livescience.com/cyclical-universe-explained-string-theory.html


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