宇宙大爆炸前是什么樣(宇宙大爆炸前是什么狀態(tài))

宇宙誕生之前是什么？這個(gè)問(wèn)題的常見(jiàn)答案是大爆炸創(chuàng)造了時(shí)間和空間。由于時(shí)間是在大爆炸之后誕生的，我們當(dāng)然無(wú)法知道大爆炸之前是什么。

雖然從因果法則來(lái)看，這是一個(gè)無(wú)可挑剔的答案，但我相信沒(méi)有人對(duì)這個(gè)答案感到滿意，就像亞當(dāng)斯寫的泛維度種族不滿意一樣。宇宙第二強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)沉深花了750萬(wàn)年的時(shí)間計(jì)算出來(lái)，關(guān)于宇宙、生命和一切的答案是“42”。

共形循環(huán)宇宙

那么，隨著羅杰·彭羅斯獲得2020年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他的共形循環(huán)宇宙論再次曝光。根據(jù)這個(gè)理論，人們終于可以回答宇宙之前是什么了。89歲的彭羅斯老人再次向人們推薦了這一理論，并肯定地預(yù)言，在宇宙微波背景上發(fā)現(xiàn)的六個(gè)霍金點(diǎn)就是這一學(xué)說(shuō)的最好證明。

彭羅斯和霍金在20世紀(jì)60年代共同證明了宇宙必定起源于奇點(diǎn)。這稱為奇點(diǎn)定理。此后，大爆炸和暴脹理論逐漸占據(jù)了科學(xué)界的主流，時(shí)至今日已廣為人知，幾乎成為宇宙起源的唯一解釋。但大爆炸之前的宇宙是什么樣的，就像答案“42”一樣，讓大家極為不高興。難道我們真的沒(méi)有權(quán)利去調(diào)查宇宙在我們背后做了什么嗎？

彭羅斯并不相信。他使用共形映射來(lái)連接宇宙的起點(diǎn)和終點(diǎn)。他相信宇宙的終結(jié)是另一次大爆炸的開(kāi)始。我們的宇宙正處于大爆炸-膨脹-大爆炸-膨脹的無(wú)限循環(huán)中。從而回答了大爆炸之前的宇宙是什么的問(wèn)題：在大爆炸之前，還有另一個(gè)宇宙。

什么是共形循環(huán)宇宙

我對(duì)彭羅斯思想的理解大致是這樣的。宇宙的不斷膨脹最終會(huì)導(dǎo)致宇宙中的所有物質(zhì)都變成稀釋的能量，只剩下宇宙中無(wú)處不在的黑洞。當(dāng)宇宙微波背景的溫度下降到無(wú)限接近絕對(duì)零時(shí)，這些黑洞的溫度在某一時(shí)刻會(huì)高于宇宙微波背景的溫度，從而開(kāi)始向宇宙微波背景釋放霍金輻射。黑洞會(huì)變得越來(lái)越小，最后黑洞蒸發(fā)，宇宙中只剩下純粹的能量。

在這個(gè)過(guò)程中，宇宙在大爆炸時(shí)處于低熵狀態(tài)。隨著宇宙的膨脹和演化，宇宙的熵變得越來(lái)越大。當(dāng)所有物質(zhì)都轉(zhuǎn)化為能量時(shí)，宇宙的熵達(dá)到最高；黑洞蒸發(fā)并開(kāi)始移出宇宙。除了熵之外，蒸發(fā)完成后熵也會(huì)被清除，新一輪的大爆炸將會(huì)開(kāi)始。

彭羅斯利用共形變換，將體積無(wú)限小、密度和溫度無(wú)限高的宇宙初始奇點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槊芏取囟群腕w積有限的時(shí)空。另一方面，他將未來(lái)拓展到了無(wú)限大的時(shí)空。它形成了一個(gè)尺度有限的時(shí)空，使兩個(gè)宇宙的端點(diǎn)和起點(diǎn)能夠平滑連接，從而形成一系列首尾相連的“宇宙弦”，回答了宇宙是什么的問(wèn)題在此之前，由于時(shí)間的關(guān)系，我們無(wú)法回答。

這一系列的大爆炸相當(dāng)于純能量（宇宙的起點(diǎn)，前一個(gè)宇宙的終點(diǎn)）——能量與物質(zhì)的混合狀態(tài)（宇宙的膨脹狀態(tài)，低熵-高熵-低熵）——純粹的能量（宇宙的終結(jié)，下一個(gè)宇宙的開(kāi)始的循環(huán)）很簡(jiǎn)單，而且我認(rèn)為它相當(dāng)美麗。

我很想找到一個(gè)現(xiàn)象來(lái)描述這種從無(wú)限大到無(wú)限小的轉(zhuǎn)變，但絞盡腦汁也想不出來(lái)。也許我只能用一個(gè)哲學(xué)概念來(lái)解釋。最大值是最小值，或者其他。的。

如何檢驗(yàn)共形循環(huán)宇宙

然而，理論再精彩，最終還是需要實(shí)踐的檢驗(yàn)。共形循環(huán)宇宙學(xué)理論的缺陷在于它無(wú)法被檢驗(yàn)。經(jīng)過(guò)多年的研究，彭羅斯在宇宙微波背景中發(fā)現(xiàn)了至少6個(gè)霍金點(diǎn)。他認(rèn)為這些大約8個(gè)月球直徑、略高于周圍溫度的圓點(diǎn)是先前宇宙中的超大質(zhì)量黑洞。留下的蒸發(fā)痕跡是在宇宙早期膨脹過(guò)程中形成的。

然而很多科學(xué)家認(rèn)為，很難將一個(gè)永恒的無(wú)限宇宙融入到下一個(gè)永恒的超小宇宙中，而且這個(gè)理論要求宇宙中所有粒子的質(zhì)量消失，變成純粹的能量，這實(shí)在是難以想象。這在科幻小說(shuō)中已經(jīng)有所體現(xiàn)。如果有人偷偷從上一個(gè)宇宙偷了一些物質(zhì)，下一個(gè)宇宙不是抓不到嗎？

其他科學(xué)家指出，多年來(lái)科學(xué)家們一直在仔細(xì)檢查宇宙微波背景，迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)任何特殊的熱點(diǎn)。所謂的霍金點(diǎn)并不存在。

看來(lái)，彭羅斯雖然獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，但要讓更多人相信共形循環(huán)宇宙論，還有很長(zhǎng)的路要走。即使這個(gè)問(wèn)題解決了，我們?nèi)匀豢梢詥?wèn)下一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)共形循環(huán)宇宙最初是如何產(chǎn)生的？

近年來(lái)，霍金輻射已成為黑洞理論的關(guān)鍵，并越來(lái)越與宇宙的未來(lái)聯(lián)系在一起。如果彭羅斯的理論成立，霍金輻射將是關(guān)鍵。霍金一生未能獲得諾貝爾獎(jiǎng)。不說(shuō)出來(lái)是一個(gè)巨大的遺憾。