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宇宙会坍缩成奇点吗?研究解释了其中的原因

宇宙永远存在吗?若是如此,或许宇宙是在一个永无止境的大爆破循环中来回跳动。在大爆破中,全部物质从奇点胀大而来,接着又是大坍缩。大坍缩的时分,全部的全部又被再次吞没,形成密度无穷大的奇点。然后,万物又始于奇点,一遍一遍如此循环往复。

但是,这些理论的数学核算却从未能够真正告知咱们,宇宙究竟是循环的仍是有头有尾的。不过最近,一组理论物理学家使用所谓的“弦理论”,来测验解决前期宇宙的一些基本疑团。他们的研究成果或许能够给咱们带来从零开始构建宇宙所需的理论动力,进而为循环宇宙假说提供支撑。

宇宙大爆炸

如果你想构建自己的个人宇宙理论模型,无妨继续往下阅读。没有人会阻止你做自己的宇宙学研究。但如果你想参与这场游戏,那你就必须恪守宇宙的游戏规则。也就是说,不管你的宇宙模型里有些什么内容,你都必须面对一些冷漠且确凿的调查证据。

比方说,咱们知道,咱们生活在一个不断胀大的宇宙中。这儿面的星系和恒星正以越来越快的速度远离咱们。科学家能够用不同的技能办法,来核算不同星系远离咱们的速度,然后告知咱们这一事实。咱们也有“宇宙仍是宝宝时”的相片。(尽管那时分宇宙也现已有38万岁,但比较目前138亿岁的年岁,当初的宇宙的确仍是个“宝宝”。)

在宇宙“宝宝”相片里,咱们能够看到一些有趣的图案——细小的星星点点。这些星星点点,揭露了前期的宇宙中现已存在些许温度差和压力差。

咱们能够用所谓的“宇宙大爆破理论”和别的一个观点——“宇宙暴胀”,来解说全部的这些调查成果。宇宙暴胀这个进程,咱们以为可能发生于宇宙刚刚诞生还不到一秒的时分。在这个进程期间(其本身的持续时刻也极其短暂,与之比较,一瞬间都似乎显得很漫长),宇宙变得越来越大,吸收量子差异并使差异变大。终究,这些差异不断扩大。正如密度越大重力也越大那样,跟着时刻的推移,差异渐渐变得足够大,然后能够以星星点点的形式出现在宇宙前期的相片中,(数十亿年后,又变成恒星和星系等等,不过这些又是另一个故事了)。

火宇宙理论

厌恶了宇宙大爆破理论,想开展自己的宇宙说?这个想法不错。不过,你首先得解说清楚宇宙胀大,还有宇宙宝宝相片里那些星星点点等等。换句话说,你需求有比宇宙暴胀更具说服力的解说。

看似容易,实则否则。前期宇宙中的压力、密度和温度差异现已困扰了一代又一代的宇宙哲学,包含最著名的比大爆破理论更大胆的——“火宇宙理论”。火宇宙理论中的“Ekpyrotic”一词,源自希腊语,意思是“焚烧”,指的是一个古老的哲学,即以为宇宙在不断重复。

依据火宇宙理论,咱们的宇宙在……不断重复。在这种情况下,咱们现在算是处于“爆破”阶段,然后这个阶段终究(具体方法不详)会怠慢速度直至中止,再反过来坍缩回极高的温度和压力状态。再接下来,宇宙又会(具体方法不详)重复之前的进程,在新的大爆破中东山再起。

但是问题是,如果依据火宇宙理论的话,前期宇宙相片中的那些星星点点很难重现。当咱们试图用一些含糊的物理学来解说坍缩—反弹—爆破这个循环时,全部看起来真实过分……顺利。没有磕碰,没有摆动,没有斑驳,也没有温度、压力或密度差异。

但这也并非意味着该理论与咱们对前期宇宙的实际调查不符。只是说,这些宇宙理论不会孕育出一个具有星系、恒星乃至人类的宇宙。

所以,还真有些遗憾呐。

救星S膜

过去几年,火宇宙理论的主题是试图像暴胀理论那样,契合更多的实际调查。为克服这一妨碍并使得火宇宙理论至少有那么点儿说服力,一组研究人员带来了他们的最新解说:S膜。

没错,S膜。弦理论咱们应该都听说过吧?那是根底物理的宇宙,其中每一个粒子都是十分十分小的振动弦。但几年前,理论物理学家意识到,弦并不一定得是一维的。所以,他们为多维度弦赋予了一个新姓名:膜。

那“S”又代表了什么呢?弦理论中的大多数膜都能够自由络绎时刻和空间。但是假定的S膜,只能在十分特殊的条件下,瞬间存在。

在这种新的火宇宙假说中,当宇宙处于最小且密度最大的那个时刻点上时,S膜出现了,触发充满物质和辐射的宇宙再胀大(大爆破),并且温度和压力也有细小改变(这样一来,宇宙前期相片中的那些有名的星星点点也就解说得通了)。这些,是三位物理学家今年7月在线发布到预印本文献库arXiv中的一篇新论文里的内容。需求留意的是,这篇论文没有通过同行评议。

那话说回来,这个想法正确吗?天知道。最近,弦理论本身也不太站得住脚,由于大型强子对撞机上进行的那些试验未能发现任何可支撑所谓“超对称性”理论的线索,而超对称性理论又是弦理论的一个重要根底。再者,在弦理论圈子内部,S膜这个概念也有待商讨,由于咱们尚不确切知道膜是否能够仅存在于某一瞬间。

还有一个事实是,咱们的宇宙不只正在胀大,并且是在加快胀大,并且更没有任何迹象标明很快胀大就会减速(更不用说坍缩)。弄清楚究竟是什么力量能够促使宇宙踩下刹车再掉个头回去,也很天方夜谭。

即便如此,火宇宙理论(以及其他种种理论)依旧值得探究,由于宇宙诞生的瞬间为现代物理学带来了一些最令人不解且具有挑战的问题。

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