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宇宙诞生之前是什么样子?诺奖得主彭罗斯:答案我已经找到

宇宙诞生之前是什么样子?诺奖得主彭罗斯:答案我已经找到
2021年01月26日 18:02 新浪网 作者 烘焙小百事1

  在人类没有走出地球之前,人们就在思考:地球是如何来的?这个问题在人类走出地球,看到浩瀚宇宙之后,科学家通过大量的观察研究,提出了行星理论,基本已经搞清楚了地球的起源。

  浩瀚的宇宙有无数的天体,有无数的星系,而这些天体和星系,我们基本都可以通过研究找到它们的起源。天体和星系的起源有了,可是人们又提出了一个更宏伟的问题:宇宙的起源如何?

  既然天体和星系有起源,那么宇宙必然也是有起源的,科学家经过研究后提出了大爆炸理论,认为我们的宇宙是起源于138亿年前的一个奇点。而在上个世纪60年代,霍金和彭罗斯提出了奇点定理,并且通过一些宇宙观察数据进行了证明。

  

  奇点大爆炸之后,宇宙诞生了,然后不断膨胀演化有了现在丰富多彩的宇宙世界。如今的大爆炸理论已经成为科学家主流的宇宙起源观点,而随着观测数据的不断积累,越来越多的证据出现,从而侧面证明奇点大爆炸理论的正确性。

  宇宙的起源如今科学家基本已经找到了答案,于是人们又想到了另一个更宏伟的问题:宇宙诞生之前是什么样子?如果宇宙是起源于起点大爆炸,那么在宇宙没有诞生之前,应该也是有事物存在的,那会是什么样子?

  对于宇宙诞生之前的样子,可能在很多人看来,研究探讨这个毫无意义,因为宇宙大爆炸之前是没有时间和空间的,直到大爆炸发生之后,才创造出了时间和空间。既然时间都是在大爆炸之后才诞生的,那么研究宇宙大爆炸之前还有什么意义?

  

  以上的这个解释看上去非常有道理,可是这个因果律上无懈可击的回答,却没有一个人满意和认可。任何事物只要存在就会有因和果,也会有前和后,宇宙同样也是如此,它存在就会有起源和终点,也会有诞生之前的存在。

  可是要研究宇宙诞生之前的样子,远比研究探索宇宙起源要难上无数倍,因为它很难下手,不知道该从什么方向来研究探索。在2020年的诺贝尔学奖上,罗杰·彭罗斯获得诺贝尔物理学奖。这位89岁的迟暮老人可不一般,它在上个世纪60年代跟霍金一起提出了奇点定理,并且用一些数据证明了宇宙起源于一个奇点。

  

  罗杰·彭罗斯提出宇宙起源于奇点的理论之后,也同样想到了宇宙诞生之前是什么样子?彭罗斯同样不认同研究宇宙诞生之前的样子毫无意义的观点,在他看来,宇宙诞生之前必然是有存在的,那么会是什么样子?

  经过不断的思考研究,罗杰·彭罗斯提出了共形循环宇宙学。那么何为共形循环宇宙?其实我们用一个简单的词语表达,那就是宇宙存在轮回。

  彭罗斯共形循环宇宙(CCC)模型的数学基础是共形映射,也叫保角变换。“保角”一词反映了变换的几何意义,即保持了两条光滑曲线之间的角度以及无穷小结构的形状不变,但不保持它们的尺寸。在大爆炸的时间点,原来密集缩小的空间被变换拉伸了;而对未来而言,变换可以将无限扩张的空间限制在有限的范围内。

  

  以上的解释比较绕口难以理解,我们用通俗的语言来讲,相信朋友们都知道,宇宙从大爆炸中诞生,然后就开始不断加速膨胀。宇宙的膨胀让星系间距离越来越大,星系不断远离,成为一个个互相遥不可及的“宇宙孤岛”。另一方面,引力使得恒星和星系不断塌缩,形成越来越多、越来越大的恒星黑洞和超级黑洞。

  科学家们在2008年最终证实,银河系中心本身,就是一个质量约为太阳400万倍的超大黑洞。黑洞与黑洞有可能合并产生更大的黑洞,但从来不会分裂成更小的黑洞。

  在宇宙中,星系的合并融合是非常普遍的事情,银河系和仙女座星系在40亿年后也会发生碰撞融合,中心的两个黑洞同样会碰撞融合,最后变成一个更大的大质量黑洞。而这样的星系合并在未来还会继续,一直演化下去,那么最后的宇宙中心将出现一个超级巨大的黑洞。

  

  我们再来说下宇宙的膨胀,它会一直进行下去吗?恐怕不大可能,我们都知道, 一个气球想要膨胀,需要我们往里面吹气给它提供能量。如果宇宙是唯一的,那么它的能量就无法从外界获取,而只能是消耗宇宙内的能量,这个能量有可能就是我们现在一直在寻找的暗能量。

  暗能量使得宇宙加速膨胀,而宇宙的不断膨胀又在不断消耗能量,随着能量的不断减少,宇宙的膨胀就无法继续下去,会在未来某一个时间停止膨胀。停止膨胀就是宇宙的结局吗?当然不是,能量越来越少,宇宙空间就无法维持下去,从而会发生坍缩,也就是宇宙停止膨胀后会不断收缩,最后整个宇宙再次缩小到奇点状态,新的大爆炸再次发生,新的宇宙开始膨胀演化。

  

  彭罗斯认为,我们的宇宙就是在这种大爆炸-膨胀-大爆炸-膨胀中无限循环,而宇宙诞生之前是另一个宇宙,并不是什么也没有。而这个理论我们也可以用熵增定律来解释,我们都知道熵增定律是热力学第二定律,是一个让科学家感到绝望的定律。

  熵增定律告诉我们,任何事物从诞生的那一刻,熵值就在不断增大,并且这个过程不可逆。随着熵值的不断增大,系统会越来越混乱,最终走向终点,宇宙同样也如此,从奇点大爆炸诞生的那一刻起,熵值就开始不断增大。

  随着熵值的不断增大,宇宙空间也会变得越来越不稳定,然后宇宙收缩,天体毁灭,黑洞不断壮大吞噬掉一切物质转化为能量,最后黑洞也会蒸发消失,整个宇宙变成一个纯能量的空间。能量空间继续坍缩,缩小极致之后,它会再次发生大爆炸,新的宇宙轮回开始。

  

  彭罗斯的共形循环宇宙论随着它在2020年获得诺贝尔物理学奖,再一次重见天日。并且彭罗斯也再次向人们推荐这个理论,它可以解释宇宙之前的样子,并言之凿凿地预言,宇宙微波背景上发现的6个霍金点,就是这个学说最好的证明。

  尽管如何,共形循环宇宙论仍然没有得到大量科学家的支持,要证明这个观点的正确性,霍金点是关键。可是科学家多年来一直以仔细检查宇宙微波背景,目前并未发现有什么特别的热点,所谓的霍金点并不存在。

  

  由此看来,彭罗斯的共形循环宇宙论想要得到人们的认可,还需要漫长的路要走。不管如何,这个理论为我们揭示了宇宙之前可能的一个样子,还是有着重大意义。如果在未来科学家发现了霍金点,证明了共形循环宇宙论,那么他将成为跟爱因斯坦一样伟大的科学家。

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