宇宙大爆炸前是什麼?諾獎得主彭羅斯:我已經找到答案了

天空之城 2020/10/11 檢舉 我要评论

宇宙之前是什麼?對這個問題的普遍回答是,宇宙大爆炸創生了時間和空間,既然時間都是在宇宙大爆炸後才誕生的,我們當然無從知道宇宙大爆炸之前是什麼。

雖然這是一個因果律上無懈可擊的回答,但我相信沒有一個人滿意這個答案。

共形迴圈宇宙

現在好了,隨著羅傑·彭羅斯獲得2020年諾貝爾物理學獎,他的共形迴圈宇宙學又一次重見天日。按照這個學說,人們終於可以回答宇宙之前是什麼了,彭羅斯這位89歲的遲暮老人也再次向人們推薦這個理論,並言之鑿鑿地預言,宇宙微波背景上發現的6個霍金點,就是這個學說最好的證明。

宇宙必然起源於一個奇點,是彭羅斯和霍金在上世紀60年代一起證明的,這被稱為奇點定理。之後宇宙大爆炸及暴脹理論逐漸佔據科學界的主流,發展到今天已廣為人們所知,幾乎成為宇宙起源唯一的解釋了。但大爆炸之前宇宙究竟是什麼,卻像那個答案「42」一樣,讓所有人都極其不爽,難道我們真的就沒有權利去追究宇宙背著我們都幹了些什麼嗎?

彭羅斯不服氣,他利用共形映射將宇宙的開始和結局聯繫起來,認為宇宙的終結就是另一次大爆炸的開始,我們的宇宙就在這種大爆炸-膨脹-大爆炸-膨脹中無限迴圈,從而回答了宇宙大爆炸之前是什麼的問題:大爆炸之前,是另一個宇宙。

什麼是共形迴圈宇宙

我理解的彭羅斯的想法大概是這樣的,宇宙不斷膨脹,最終將導致宇宙中所有物質都變成稀釋的能量,宇宙中只剩下無處不在的黑洞。當宇宙微波背景溫度降到無限趨近于絕對零度時,這些黑洞的溫度將在某一時刻高於宇宙微波背景溫度,從而開始向宇宙微波背景釋放霍金輻射,黑洞變得越來越小,最後黑洞蒸發完畢,宇宙中只剩下純粹的能量。

在這個過程中,大爆炸時宇宙處於低熵狀態,隨著宇宙膨脹演化,宇宙的熵越來越大,到物質全部轉化成能量後,宇宙就達到了最高熵;黑洞蒸發開始從宇宙中移除熵,蒸發完畢後熵就被清零,這時候就開始了新一輪的宇宙大爆炸。

彭羅斯利用共形變換,一方面將體積無限小,密度溫度無限高的宇宙初始奇點狀態,變換成密度溫度體積都有限的時空,另一方面又將未來膨脹到無限大的宇宙時空,變換成尺度有限的時空,從而讓兩個宇宙的終點和起點可以平滑地連接起來,從而形成一串首尾相接的「宇宙串」,回答了我們因為時間中斷而無法回答的宇宙之前是什麼的問題。

這一連串的宇宙大爆炸,就相當於純能量(宇宙起點,上一個宇宙的終點)——能量和物質的混合態(宇宙膨脹狀態,低熵-高熵-低熵)——純能量(宇宙終點,下一個宇宙的起點)的迴圈,非常簡潔,我感覺還是挺優美的。

我很想找一個什麼現象來形容這個無限大到無限小的變換,不過摳破腦皮也想不出來,或許只能用一個哲學點的概念來說了,極大就是極小,或者否極泰來什麼的。

如何檢驗共形迴圈宇宙

然而,不論理論多美妙,終究是需要實踐來檢驗的,共形迴圈宇宙學理論的硬傷就是無法檢驗。彭羅斯在經過多年研究後,從宇宙微波背景中發現了至少6個霍金點,認為這些約有8個月亮直徑大小,略高於周圍溫度的圓形斑點,就是上一個宇宙中的超大品質黑洞蒸發後留下的斑痕,是在宇宙的早期膨脹中形成的。

不過很多科學家認為,很難將一個永恆的無限大的宇宙整合到下一個永恆的超級小宇宙中,而且該理論要求宇宙中所有粒子品質都要消失,變成純粹的能量,實在太難以想像了。這在科幻小說中已經表現出來了,要是誰從上一個宇宙中偷偷偷走了一些物質,下一個宇宙豈不是就沒有抓拿了?

另有科學家指出,科學家們多年來一直在仔細檢查宇宙微波背景,目前並未發現有什麼特別的熱點,所謂的霍金點並不存在。

看來彭羅斯雖然獲得了諾貝爾物理學獎,但共形迴圈宇宙論要讓更多人信服,還有很長的路要走。即使這個問題解決了,我們還可以問下一個問題,這個共形迴圈宇宙當初又是怎麼來的呢?

近年來霍金輻射已經成為黑洞理論中的關鍵,越來越和宇宙的未來聯繫在一起,如果彭羅斯理論成立的話,霍金輻射就是關鍵中的關鍵了,霍金未能在有生之年獲得諾貝爾獎,不能不說是一個巨大的遺憾。

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