關于宇宙起源的問題一直是科學家們探索的焦點,F(xiàn)在,目前最主流的觀點是大爆炸宇宙論。根據(jù)這個理論,我們的宇宙在138億年前誕生于一個起點,然后經(jīng)過膨脹、降溫等演化過程發(fā)展至今。這個理論得到了哈勃宇宙膨脹、微波背景輻射等觀測證據(jù)的支持。
然而,大爆炸理論還存在一些解釋困難的問題,比如起點密度無限大、能量無限大,以及宇宙平坦性等。于是,在1980年,阿蘭·古斯提出了暴漲理論,這個理論認為宇宙是在一個真空狀態(tài)下快速地指數(shù)級瘋狂擴張,之后才進入熱大爆炸時期,并且還預言了多元宇宙的存在。
但是,諾貝爾獎得主羅杰·彭羅斯提出了一個非常有趣的觀點:共行循環(huán)宇宙。他認為,我們的宇宙不是一次性的,而是一直在循環(huán)。每次宇宙結束都意味著下一個宇宙的開始,形成一個不斷循環(huán)的宇宙。彭羅斯使用顧行映射的數(shù)學技巧,將宇宙的開始和結束連接起來,形成了一個類似于柱面的結構,這樣就能將不同宇宙連接起來。
然而,這個觀點目前還沒有得到充分證實。雖然存在上一時期宇宙的痕跡,但是目前的證據(jù)并不足以證明共行循環(huán)宇宙的存在?茖W家們仍然繼續(xù)探索宇宙的起源和性質。因為這不僅有助于我們更好地理解宇宙的本質,也有助于我們更好地了解我們自身的存在和意義。
宇宙大爆炸理論模型
在20世紀20年代,天文學家哈勃觀測到了兩個令人驚嘆的現(xiàn)象:銀河系只是宇宙眾多星系中的一個,并且這些星系正在互相遠離。這啟發(fā)了比利時天文學家勒梅特對宇宙起源的思考:
宇宙是如何開始的?
他提出,星系在互相遠離說明宇宙正在擴大,也就是說在很久之前,宇宙可能很小,由此猜測如今的宇宙是由一個小球爆炸而來的。
這個猜測就是現(xiàn)在廣為接受的大爆炸宇宙論,認為宇宙起源于138億年前的一次極端密度、質量和溫度達到極致的奇點爆炸,從而誕生了我們所知道的宇宙。隨著時間的推移,宇宙不斷膨脹冷卻,成為我們如今所熟知的世界。
雖然大爆炸宇宙論已經(jīng)被廣泛接受,但仍然存在一些科學家持有其他起源觀點,并且他們也找到了相關證據(jù)。因此,宇宙的起源仍然是一個充滿謎團的話題。
在未知的物質和力量敘事中,我們可以看到自然界的奧秘。量子場論和量子力學的理論支持了“無中生有”的可能性,這意味著宇宙的存在源于未知之力。“憑空”出現(xiàn)的宇宙大爆炸或許就是自然界最神秘的創(chuàng)舉。在這個過程中,基本粒子如中子、質子、電子、光子和中微子等開始存在,宇宙隨之膨脹,密度逐漸稀疏,溫度降低,原子、分子以及各種恒星和星系相繼形成,最終構成了我們所處的豐富多彩的宇宙。
宇宙起源的另一種猜測
黑洞被稱為“宇宙饕餮”,因為它可以吞噬路過的天體和光,形成一個黑洞周圍總是漆黑一片的景象,難以被觀測到。普林斯頓大學的兩位物理學家在2000年代初期提出了一種周期性宇宙學模型,相信宇宙并非由一個獨特的大爆炸所形成,而是在宇宙誕生之前,時空就已經(jīng)存在了。根據(jù)這個模型,宇宙會無限地自我維持循環(huán)。愛因斯坦在1930年代提出了宇宙會經(jīng)歷無休止的大爆炸和大壓縮循環(huán)的想法,我們現(xiàn)在所處的宇宙可能是先前宇宙崩潰的結果。這種理論稱為“大循環(huán)”理論,試圖回答其他問題,例如大爆炸之前發(fā)生了什么,為什么大爆炸會導致一段快速擴張時期。
科學家Paul Steinhardt和Neil Turok在2001年,提出了一種新的宇宙周期性模型,他們稱之為“宇宙的循環(huán)模型”。在弦理論中,膜或“膜”是存在于多個維度的物體。據(jù)斯坦哈特和圖羅克稱,我們現(xiàn)在所見到的三個空間尺寸對應于這些“膜”,可以并行存在兩個3D金屬板,它們之間有一個額外的隱藏維度。這些金屬板會沿著這個額外的維度移動并相互碰撞,從而引發(fā)一個宇宙大爆炸,形成了我們所知道的宇宙。當它們碰撞時,事件會按照標準的“大爆炸”模型展開:產(chǎn)生熱物質和輻射,迅速膨脹,然后一切冷卻并形成各種結構,如星系、恒星和行星。但是,斯坦哈特和圖羅克認為,這些金屬板之間有某種相互作用,他們稱之為“金屬板間相互作用”,它將它們拉在一起,因此它們再次碰撞并導致下一個大爆炸。
而在這個模型提出來之前,就有許多科學家認為,我們的宇宙一直都在循環(huán),它并非由一個奇點爆炸而來,在此之前宇宙就已經(jīng)存在了。這種觀點認為黑洞可能是宇宙的另一種起源方式。黑洞可以吞噬路過的天體和光,因此也許黑洞是導致宇宙循環(huán)的重要原因之一。根據(jù)這個觀點,就如同我們上文所說的那樣,宇宙是無限循環(huán)的,每次循環(huán)結束時,所有物質都會被吞噬并成為黑洞,最后再次爆發(fā)一個大爆炸,形成一個新的宇宙。這樣的循環(huán)會持續(xù)無限,直到宇宙中沒有任何物質為止。
彭羅斯的猜測與研究
2020年,享年90歲的科學家羅杰·彭羅斯因在宇宙循環(huán)理論方面的突破性貢獻獲得了諾貝爾物理學獎。他提出了共形循環(huán)宇宙學——一種基于廣義相對論框架的宇宙模型,認為宇宙經(jīng)歷了無數(shù)次的大爆炸并將永遠循環(huán)下去。據(jù)他的理論,每一次循環(huán)都會出現(xiàn)一次大爆炸,而大爆炸并不是宇宙的開始。
彭羅斯在2005年便開始了構思,將熱力學第二定律和宇宙加速膨脹的時空幾何結構聯(lián)系在一起,從而提出了共形循環(huán)宇宙學。他的理論認為,每一個“永世子”都代表十億年的時間段落子,隨著宇宙質量和結構的衰變而結束,并在兩個方向上無限持續(xù)下去——無論過去還是未來,這些永世子永遠存在。
對于理論的證明,彭羅斯也給出了實在的證據(jù)。他在宇宙中發(fā)現(xiàn)了六個稱為“霍金點”的“溫暖”天空點。(霍金點,指的是宇宙中直徑相當于八個月球直徑、溫度極高的點。)通過在宇宙微波背景下觀測到溫度異常斑點,彭羅斯得出結論:這些黑洞是在前一個永世子發(fā)生爆炸時,由于超大質量黑洞霍金輻射的結果產(chǎn)生的。這些黑洞直徑相當于月球直徑的八倍,并具有相當高的溫度。每個黑洞的質量都足以吞噬整個銀河系,但由于它們的能量散布已經(jīng)持續(xù)了幾十萬年,在形成熱點之后,很難被人類直接觀測到。
對于彭羅斯的理論,科學家們曾存在爭議,其中一部分科學家認為,暴脹理論可以解釋宇宙大爆炸中出現(xiàn)的問題,而另一部分則更傾向于共形循環(huán)宇宙學。不過,不管選擇哪種宇宙起源方式,這些理論都為科學研究做出了巨大的貢獻。
為什么人類要研究宇宙?
宇宙,一個充滿著未知與謎團的龐大存在。對于人類來說,探索宇宙是一項永恒的任務。雖然現(xiàn)如今的科學技術水平已經(jīng)可以讓我們獲得眾多的知識和信息,但是對于宇宙的本質還遠遠未能完全揭示。
人類社會的發(fā)展離不開對宇宙的探索。在一定程度上,科學技術的進步就是推動人類對宇宙認識的進步。通過對宇宙的探索,人類可以更好地理解自然規(guī)律,也可以豐富和完善人類的知識結構。
所以,探索宇宙不僅僅是對自然規(guī)律的認識,它還關系到人類未來的發(fā)展。在這個時代,人類日益增長的需求和消耗,使得地球的資源和環(huán)境受到了極大的壓力。因此,通過探索宇宙,挖掘太空中的資源,建立人類新的定居點等都成為了一種解決方案。
而更重要的是,探索宇宙能夠更加深入地理解人類自身的起源和意義。人類作為一個獨特的存在,總是渴望能夠了解自己的根源和意義。宇宙中的生命形式和存在,也許可以為人類提供更深刻的見解和體驗。在這個過程中,人類也將更好地了解和理解自己。
我們認為,探索宇宙是一個漫長而有意義的過程,無論是對于科學的發(fā)展,還是對于人類社會的進步,探索宇宙都扮演著重要的角色,我們期待未來的科技能夠為我們帶來更多的發(fā)現(xiàn)和奇跡,同時也呼吁每個人都能夠積極參與到這個偉大的探索事業(yè)中來。