科學家提出宇宙起源新理論-「大彈簧」理論

2021-02-19 宇宙解碼
    在關於宇宙起源的研究中，大爆炸理論一直都佔據著權威的主導地位。然而，據英國《每日郵報》在線版日前報導，中國和加拿大的一批科學家卻提出了不同看法——他們認為，宇宙並不源自一個爆炸的奇點，而是從自身上一個舊形態中「反彈」出來。

宇宙起源不是「大爆炸」而是「大彈簧」(概念圖)嗎？

　　

    這一研究結果，現已發表在《物理評論快報》上。這支由中國和加拿大科學家組成的研究小組，在結合賓夕法尼亞州立大學教授馬丁·波喬瓦爾德等科學家之前研究成果的基礎上提出：我們的宇宙並不需要全新發端於一個奇點，它只需從上一個「自己」坍塌後的廢墟中跳躍出來，便可獲得新生。就像一根彈簧反覆地被壓扁，再重新爆發彈力一樣。

    此項研究的淵源是14年3月「BICEP2」望遠鏡的重大發現。當時，天文學家們利用一架設在南極、名為宇宙泛星系偏振背景成像二代(縮寫為BICEP2)的望遠鏡，成功探測到了宇宙原初引力波——138億年前宇宙大爆炸中產生的痕跡。

　　

    該發現一度被認為是物理學界的一個裡程碑，甚至有評論認為其有望摘取下一個諾貝爾獎，因為它為標準宇宙學中的「暴漲理論」夯實了基礎。該理論指出，宇宙在誕生之初曾經歷了短暫的劇烈膨脹，而大爆炸引力波正是時空在這一暴漲時期量子效應產生的漣漪。14年3月份公布的發現可謂是讓科學家第一次「看到」宇宙是怎樣形成的，從而揭開宇宙誕生之謎。

　　不過，圍繞本次結果，亦有不少學者持不同意見。爭執持續到輕化年6月，甚至最初發現宇宙暴漲證據的團隊也開始承認，不能排除偏振模式是部分或完全由銀河系塵埃造成的可能性，即他們有關宇宙原初引力波的發現有可能是錯的。而另有一部分研究學者，他們對那次「BICEP2」望遠鏡成果的正確性及其對於整個科學界產生的影響，都持質疑甚至否定的態度。有意思的是，他們的證據，恰恰也來自於「BICEP2」項目的試驗結果。

    美國知名科技博客媒體「阿爾斯科技」(ArsTechnica)指出，在光如何在宇宙中散射的問題上，「BICEP2」觀測到的結果與之前的科學界所進行的實驗並不一致。而這意味著在以往實驗的結論與我們所秉持的關於宇宙起源的理論之間，有一個是錯的。在中加聯合小組看來，答案更可能是後者。在其所發表的這篇《「BICEP2」試驗後關於暴漲前「反彈進化」的證據》文章中，他們認為，「大反彈」理論的成立，顯然將否定「大爆炸」。

　　

    與大爆炸等經典理論相比，「大反彈」理論對於大眾而言，還是一個陌生的名詞。該理論以圈量子引力理論(LQG)為基礎。作為一種將量子力學與廣義相對論相結合的研究方法，圈量子引力本身就體現了引力如何作用於宇宙。它從基本層面闡述了這樣的觀點，即宇宙可以被看做許多纏繞相連的圈環，空間由此被賦予了以物質為代表的原子結構。

　　

    在圈量子引力理論看來，隨著宇宙密度的增加，引力將變為一種反彈力，就像彈簧在擠壓之下會逐漸變硬一樣。而按照這種機理，如果宇宙確實發生了塌縮，那麼當它達到某一臨界標準時，就會如鬆開的彈簧一樣，發生反彈。這一擴張過程才是所謂「暴漲」，也才能夠與「BICEP2」望遠鏡的試驗結果達成一致。

　　

    值得一提的是，雖然描述了與「大爆炸」不同的場景，但圈量子引力理論也承認宇宙曾在某一時刻，在非常微小的水平上發生過類似大爆炸的擴張。

    

    「大反彈」理論將可以解決大爆炸之前宇宙自身狀態等重要問題。不過，該理論本身的正確性，依然需要通過「BICEP2」望遠鏡以及其他天文設備的後續觀測，最終加以證實。

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