四維宇宙中的黑洞:宇宙大爆炸其實是一個幻景?

黑洞是一片連光線都無法逃脫的空間區域，而光速是任何形式的物質可以達到的速度上限，因此任何物質只要跨過了黑洞的邊界——一個被稱為事件視界(event horizon)的二維面，便有去無回。

在黑洞的奇點處，已知的物理規律也同樣不再適用。與大爆炸不同的是，黑洞的奇點被視界包圍著。視界的作用就像是一層堅固的包裝紙，防止任何奇點信息洩露出去。黑洞的視界擋住了黑洞外部的觀察者，使他們無法觀察到奇點的那些不可思議的性質，因此我們能夠用熟悉的物理定律來描述和預測我們所能觀測到的世界。黑洞具有簡單、光滑、均勻的時空結構，因此僅僅用質量、角動量以及電荷就可以充分描述了。

與黑洞中的奇點相反，大家普遍認為，大爆炸的奇點沒有事件視界。我們的理論正是提供了這樣一個方法，在這個理論中，宇宙大爆炸其實是一個幻景。我們的理論可以將大爆炸的奇點包裹起來，正如事件視界將黑洞奇點包裹起來一樣。這樣我們就避開了可怕的大爆炸奇點。

與普通的事件視界相比，大爆炸奇點的「隱身鬥篷」有一個關鍵的不同之處。因為我們感知到的這個宇宙有3個空間維度，因此遮蔽宇宙大爆炸中心奇點的東西也應該是三維的，而不應該像視界一樣是二維的。黑洞的二維事件視界是三維空間的恆星塌縮產生的，那我們也可以做出這樣一種假設：遮蔽大爆炸奇點的三維事件視界，就應該是四維宇宙裡的恆星塌縮產生的了。

額外維理論要求空間維數超過直觀的三維，這一想法的提出時間，幾乎與廣義相對論一樣久遠。最近，科學家利用額外維的思想建立了所謂膜世界(brane worlds)的宇宙學理論。

膜世界理論的基本思想是，我們的三維宇宙是一個子宇宙，它嵌在一個更大的四維(甚至更高維)空間中。這個三維宇宙被稱為膜(brane)，它所嵌入的大宇宙被稱為體(bulk)。我們所知的所有物質和能量形式都束縛在這個三維膜之上，如同電影投影到銀幕上——就像柏拉圖寓言中，洞穴中的囚徒認為，牆壁上的投影就是真實世界。但引力例外，它能滲透到更高維的「體」之中。