宇宙大爆炸之前發生了什麼?

2020-11-24 騰訊網

大爆炸是否是宇宙真正的開始？「火」宇宙一直在燃燒，循環宇宙能否得到可靠的映證？

大反彈理論一度被否認，但兩個物理學家再次提出了該理論。

藝術家對宇宙大爆炸的描繪。（圖片：斯科特·威辛格（USRA）：主要製作人 亞倫·萊普施（ADNET）：技術支持 克里斯多福·金（USRA）：首席動畫師）

起初，有一個密度無限大的非常小的物質球，然後，它爆炸了，產生了我們今天所看到的原子，分子，星球和星系。

這就是過去的幾十年物理學家所告訴我們的。

但最新的理論物理學研究打開了一個窺探早期宇宙的窗口，通過這個窗口發現，我們認為的早期宇宙可能沒有那麼早。相反，它只是一直處於膨脹，收縮狀態的宇宙最新一次的迭代。這可能只是一次反彈，也可能會永遠重複下去。

當然，在物理學家決定將宇宙大爆炸置於大反彈的循環圈內之前，這些理論預測需要承受實驗觀測的考驗。

彈跳宇宙

科學家對早期宇宙有著較好的構想，比如我們熟知的大爆炸理論，在此模型中，宇宙在很久之前比現在更小，更熱，更緻密。在那138億年前的煉獄中，所有構成我們的元素僅在十幾分鐘內產生。

甚至更早之前，按照這種說法，那時的宇宙——所有的星球，星系，所有事物在內，只有一隻桃子大小，溫度卻高達一千萬億度。

令人驚嘆的是，這個理論經受住了目前所有觀測結果的檢驗。天文學家從觀測早期宇宙殘留的電磁輻射到測量最輕元素的豐度，發現所有結果都一一映證了大爆炸理論的預測。至少我們能說，大爆炸理論是對早期宇宙的一個準確描述。

儘管它已經足夠好，我們仍清楚大爆炸理論的構想並不完整，它缺少了一片拼圖——最初的宇宙本身。

這是非常重要的一片拼圖。

大火

問題在於我們用以理解早期宇宙的物理學（廣義相對論和高能粒子物理學的複雜混合）只能帶我們探究至理論崩塌之前。當我們逐漸深入地探索宇宙最初的那一刻，相關的數學問題越漸難以解決，通往那一點的所有途徑都不可行。

在我們尚未探索的領域，一個重要的標誌就是奇點，或者說在大爆炸開始時無限緻密的那一點的存在。從表面看來，這告訴我們，宇宙被塞進了無限緻密而又非常小的一點。這顯然很荒謬，他真正告訴我們的是我們需要新的物理知識來解決這個問題，目前的工具並不夠好。

為了扭轉這一局面，我們需要新的物理理論，能在超高能量下處理重力和其他力的結合——這樣一種理論。而這就是弦理論所一直聲稱的。這意味著弦理論能夠解釋宇宙的起源。

弦理論最早的一種觀點是「火」（ekpyrotic來源於希臘語）的宇宙。在此設想中，我們知道的大爆炸是被其之前發生的一些事引發的——大爆炸並不是開始，而是一個更大的進程中的一部分。

火宇宙的概念不斷延伸，經過弦理論的推動，形成了循環宇宙理論。我認為，確切地說，宇宙不斷地重複——這一想法已有幾千年之久，並且早於物理學的發展 。但弦理論給了這個想法堅實的數學基礎。循環宇宙正如你想的那樣運作，在大爆炸和壓縮之間不斷地彈跳，可能回到無限遠的從前，也可能到達無限遠的未來。

一切開始之前

聽來讓人失望的是，初期的循環模型很難與觀測結果相匹配，當你嘗試做科研而不是在篝火旁講故事時，這是個大問題。

主要的障礙在於，我們對宇宙微波背景的觀察——殘餘的化石光來源於只有38000歲的宇宙。當我們不能直接通過光探究宇宙起源，如果你用早期宇宙的物理知識來進行理論的完善，你會影響宇宙微波背景輻射的光帶的觀察。

因此，循環宇宙似乎是一個簡明卻不那么正確的想法。

但是許多年來，「火炬」一直在燃燒。1月份發表在arXiv資料庫的一篇論文探究了一些數學難題並發現了之前錯失的機會。加拿大麥吉爾大學的物理學家羅伯特·布蘭登伯格和王子偉發現了循環宇宙反彈的那一瞬間，當我們的宇宙收縮至非常小的一點，並將要回到大爆炸的狀態時，可能一切事物都已排列整齊，我們能在此刻取得恰當的實驗觀測結果。

換句話說，這至關重要的時刻複雜的（有限的，難以理解的）物理信息的確能讓我們從根本上修正關於我們在宇宙的時間和位置的認識。

但為了完整地檢驗這個模型，我們必須等待宇宙實驗的一個新時代。讓我們一起等待去打開那瓶名為「火宇宙」的香檳。

作者: livescience

FY: 硬幣

如有相關內容侵權，請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權，並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 宇宙大爆炸之前究竟發生了什麼?
    宇宙大爆炸一般被視作萬物的開端：約138億年前，可觀測宇宙發生了一場劇烈爆炸，一切也隨之從無到有。但在大爆炸之前，情況又是怎樣的呢？簡單的回答：不知道。長一點的回答：大爆炸之前可能有很多很多東西，每一種都極其複雜、令人頭疼。我們首先要理解宇宙大爆炸究竟為何物。「宇宙大爆炸是時間的一個瞬間，而不是空間中的一個點。」
  • 宇宙溯源︱ 「大爆炸」之前發生了什麼？
    但在「大爆炸」之前是什麼樣的? -- 這是自然而然產生的疑問。對此，物理學家們有著不同尋常的解釋。理解「大爆炸」首先要理解的是，「大爆炸」到底是什麼？ 「大爆炸」是一個時刻，而不是空間的一個點。儘管很容易 -- 以神一樣的視點，想像自己能站在虛空中，在「大爆炸」之前觀察，但那是不可能的。因為，並非宇宙擴大到空間，而是空間本身擴大了。無論在宇宙中哪裡，如果追溯回到138億年前，都會來到這個點，那裡極度熱，密集且快速膨脹。沒有人確切地知道宇宙中發生了什麼，直到「大爆炸」一秒鐘後，宇宙冷卻下來，足以使質子和中子相撞並粘在一起。
  • 宇宙在發生大爆炸之前存在什麼?
    在大約137億年前，我們很難想像整個宇宙整個宇宙作為奇點。大爆炸理論是試圖解釋宇宙形成主要理論之一，宇宙中的所有物質——所有空間本身——都以小於亞原子粒子的形式存在。一旦想到了這一點，就會出現一個更加困難的問題：在發生大爆炸之前存在什麼？大爆炸前存在什麼？這個問題本身要比現代宇宙學至少早1600年。四世紀的神學家聖奧古斯丁（St.
  • 宇宙大爆炸之前發生了什麼？
    宇宙大爆炸理論，大家聽的比較多，應該比較熟悉了。在宇宙的初期，它是一個無窮緻密的，小球狀的物質。然後，它發生了爆炸，生成了我們現在看到的原子，分子，星球和星系。這個理論，至少是過去幾十年來物理學家給我們講的最初宇宙的模樣。
  • 宇宙大爆炸之前到底發生了什麼?
    但最近，新的理論物理學研究發現了一扇通向極早期宇宙的可能窗口，並指出這段時期可能根本就不是真正的「極早期」。相反，這可能只是最近一次「爆炸—反彈」周期的一部分。這樣的循環至少出現過一次，並可能永遠持續下去。　　當然，在物理學家決定拋棄大爆炸而選擇「大爆炸-反彈」周期之前，這些理論預測還需要經過大量的觀察檢驗。
  • 大爆炸之前宇宙發生了什麼?霍金生前留下答案
    大爆炸之前宇宙究竟發生了什麼，是否存存在物質、能量或時空？按照大爆炸宇宙模型，我們所生存的宇宙是由一個體積極微小，密度無限大的奇點爆炸而成，當奇點膨脹數十億年，宇宙終於演化成如今的模樣。不過，人類往往有種追根溯源的好奇之心，大爆炸之前，整個宇宙會是什麼樣呢？
  • 宇宙大爆炸之前發生了什麼?史蒂芬·霍金說他知道
    在大爆炸最開始的時刻，宇宙中的所有物質都被融化成了一個非常熱的無限緻密的物質。但在那之前發生了什麼？
  • 宇宙終極謎題:在大爆炸之前,宇宙發生過什麼?
    之後，整個球體發生了爆炸，產生了我們今天所知的原子、分子、恆星和星系。至少在過去幾十年間，物理學家們是這麼告訴我們的。但是新的理論物理學研究給探索早期宇宙打開了一個可能的窗口——早期宇宙，可能根本不「早期」。相反，它可能只是一個爆炸性反彈周期的最新迭代，這個周期已經迭代了……好吧，至少有一次，也可能一直在迭代。
  • 困擾全人類的問題:宇宙大爆炸之前發生了什麼?
    眾所周知，宇宙大爆炸理論是科學家提出的關於我們宇宙誕生之初的理論。一開始，有一個無限緻密的小物質球。然後，一切都爆炸了，產生了我們今天看到的原子、分子、恆星和星系。這是過去幾十年物理學家告訴我們的。但是最近新的理論物理學研究揭示了一個可能的窗口，進入非常早期的宇宙，顯示它可能畢竟不是「非常早期」。
  • 宇宙大爆炸之前存在什麼?
    宇宙大爆炸理論是什麼?宇宙大爆炸之前存在什麼？所以討論大爆炸之前的事情沒有任何意義。，假設你到了宇宙空間和時間的起點——也就是大爆炸前的奇點，你問這個點以前是什麼，其實這和問地球上南極點以南、北極點以北是什麼一樣，都是沒有任何意義的，所以說，宇宙是沒有邊界，也沒有創生和毀滅，自洽自足，沒有任何第一推動力存在。
  • 宇宙大爆炸之前有什麼？大爆炸之前，是另一個宇宙
    彭羅斯認為，我們目前所處的這個宇宙可能只是無休無止不斷重複出現消亡的循環宇宙中最新的一個而已。宇宙大爆炸理論認為現存宇宙是由一個緻密熾熱的奇點於137億年前一次大爆炸後膨脹形成的。那宇宙之前是什麼呢？彭羅斯認為宇宙的終結就是另一次大爆炸的開始，宇宙就是在大爆炸-膨脹-大爆炸-膨脹中無限循環。也就是他認為：大爆炸之前，是另一個宇宙。
  • 宇宙大爆炸是起點,起點之前是什麼狀態?
    你這個問題剛好問到了大爆炸宇宙理論的「死穴」，大爆炸宇宙理論有一個缺點，那就是無法解釋大爆炸之前發生了什麼，大爆炸起始時刻即作為絕對的「零時」，這個狀態也是很詭異的，像壓力、能量密度、溫度這些物理量都是無窮大的，時空曲率也是無窮大的，正因為這種無窮大，物理理論在此時都站不住腳，沒有物理理論可以解釋它，所以它就是令物理學很頭疼的
  • 宇宙大爆炸是起點，起點之前是什麼狀態？
    你這個問題剛好問到了大爆炸宇宙理論的「死穴」，大爆炸宇宙理論有一個缺點，那就是無法解釋大爆炸之前發生了什麼，大爆炸起始時刻即作為絕對的「零時」，這個狀態也是很詭異的，像壓力、能量密度、溫度這些物理量都是無窮大的，時空曲率也是無窮大的，正因為這種無窮大，物理理論在此時都站不住腳，沒有物理理論可以解釋它
  • 宇宙大爆炸之前到底發生了什麼？總不可能什麼都沒有吧？
    在大約137億年前，這個難以形容的奇點發生了無以倫比的爆炸，並在隨後一系列的過程中漸漸形成了現在的宇宙。但令人困惑的是，關於宇宙的過去，大爆炸理論似乎只描述到奇點就停止了，而137億年前的宇宙是什麼樣子，科學家卻沒有給出清晰的答案。宇宙大爆炸之前到底發生了什麼？總不可能什麼都沒有吧？在過去的日子裡，科學家觀測到宇宙正處於一個加速膨脹的狀態，於是他們就將這個現象與現代物理學的相關理論相結合，試圖通過時間回溯的方式來解釋宇宙的起源。
  • 宇宙大爆炸之前發生過什麼,是我們該管的嗎,你怎麼看?
    如果是大爆炸形成的宇宙，那麼在宇宙大爆炸之前的無數年為什麼什麼也沒有發生？首先，這個問題很荒唐。這位提問的朋友怎麼知道宇宙大爆炸前無數年什麼也沒有發生？它發生了什麼一定要告訴你嗎？你知道什麼叫「無數」嗎？
  • 有什麼證據可以證明宇宙起源於大爆炸,大爆炸之前又是什麼?
    人類像思考自身的起源一樣思考宇宙的起源，萬物都會有一個起源，那麼宇宙的起源是什麼呢？回答這個問題還得需從觀測出發，畢竟科學都是先建立在觀察的基礎上的。現今的主流宇宙起源學說是大爆炸宇宙論，大爆炸宇宙論是科學家一步一步推導出來的理論，它反映出宇宙在早期是一個高熱、高密的極小狀態，但是它為何可以這麼認為呢，究竟有什麼證據？一、宇宙是去中心化的。
  • 宇宙大爆炸理論有哪些證據，在大爆炸之前宇宙又是什麼？
    宇宙大爆炸理論是目前解釋宇宙起源和演化的最佳理論，雖然該理論具有爭議，但還是有很多實驗數據能夠支持該理論；關於宇宙大爆炸之前的事，是該理論禁止談論的，因為那時候時間和空間都不存在。宇宙大爆炸理論在一百多年前，科學家都認為宇宙是穩態的，甚至愛因斯坦在建立廣義相對論時發現宇宙的不穩定性，還錯誤地引入「宇宙學常數」來抵消這個不穩定，從而得到了穩態的宇宙模型。
  • 宇宙起源於大爆炸,那麼宇宙大爆炸「之前」到底是一個什麼樣的存在?
    ，大爆炸發生在大約137億年前。不過時間並不是最重要的，重要的是，如果說宇宙起源於137年前的大爆炸（事實上並非我們生活中所說的真正的爆炸），那麼很多人可能有這個疑問，那就是宇宙大爆炸之前發生了什麼，是一個什麼樣的存在？答案是：什麼都沒有！
  • 引力是否存在於大爆炸發生之前?
    甚至行星圍繞太陽的運動，月球圍繞地球的旋轉，以及天體的形成都是由於引力的持續作用而發生的。但是，引力真的一直存在嗎？時間之前是怎樣的呢？在時空出現之前呢？在大爆炸之前就已經出現了嗎？為了回答這些問題，我們需要了解一些基本的概念。引力是什麼？
  • 宇宙大爆炸之前有什麼?科學家:不要用「之前」這個詞
    我們的宇宙誕生之前有什麼？這個問題本身比現代宇宙學要早至少1600年。公元前四世紀有位神學家聖奧古斯丁對神創造宇宙之前存在的問題進行了爭論。他的結論是，聖經中的「起初」一詞暗示著上帝以前沒有做過任何事。此外，奧古斯丁認為，世界不是在某個時候由上帝創造的，而是那個時間和宇宙是同時創造的。