科學家「看見了」大爆炸之前的宇宙微波背景輻射時發現圓環結構

2020-11-13 21科學之家

一般意義上,要問宇宙大爆炸之前發生了什麼並不科學,因為根據大爆炸理論,時間本身便產生於大爆炸的那一瞬間,在此之前時間概念尚不存在。但據美國物理學家組織網11月23日報導,英國牛津大學物理學家羅傑·彭羅斯和亞美尼亞葉里溫物理研究院的瓦赫·古薩德揚在宇宙微波背景輻射中發現了一種圓環結構,讓人們能「透視」到大爆炸發生之前的宇宙。

宇宙微波背景輻射被認為是大爆炸的「餘燼」,是宇宙年齡約30萬歲時遺留下來的,均勻地分布於整個宇宙空間。上世紀90年代初,科學家發現宇宙微波背景輻射的溫度具有各向異性,即在不同方向上溫度有著大約十萬分之一的微小差異,這為大爆炸理論提供了最有力的觀察證據。科學家認為,這種微小溫差衍生出了今天這個大尺度的宇宙結構。更重要的是,由於宇宙膨脹發生在大爆炸後1秒之內,溫度變化被認為是隨機的,這將導致宇宙輻射接近均勻的分布。

而彭羅斯和古薩德揚最近在宇宙微波背景輻射中發現了圓環結構,其中的溫度變化比期望值更低,這意味著宇宙微波背景輻射的各向異性並非完全隨機。他們認為,這些圓環是超大質量黑洞碰撞的結果,碰撞產生了巨大的、各向同性的能量爆發,遠遠超過了常規溫度變化的能量。但奇怪的是,通過計算,一些大的、近乎各向同性的圓環必定存在於大爆炸發生之前。

發現宇宙微波背景輻射中存在圓環結構並不是對大爆炸理論的否定,而是支持可能存在多次大爆炸。科學家解釋說,我們生活在一個循環的宇宙中,一個宇宙終結標誌著一個「世代」結束,緊接著會引發另一場大爆炸,開始另一個「世代」,產生一個新的宇宙,這一過程無限重複。科學家認為,黑洞碰撞產生的圓環可能發生在我們這「世代」之前一個「世代」的晚期。

此前,彭羅斯就在研究循環宇宙模型。因為他注意到人們普遍接受的膨脹理論有一個缺陷:它不能解釋宇宙初始為何有這麼低的熵值,而低熵狀態(或高度有序狀態)是形成複雜物質的必要條件。循環宇宙的觀點認為,一個宇宙擴張到極限,黑洞將會蒸發,其吞噬的所有信息都將消失,宇宙中的熵也被帶走。如此一來,一個新的低熵宇宙將開始。

由於這些圓環結構意義重大,科學家將進一步證實它們的存在,並檢驗哪個模型能最好地解釋它們。彭羅斯和古薩德揚已經在藉助威爾金森微波各向異性探測器和1998年「飛鏢」球載望遠鏡(BOOMERanG98)兩個實驗的數據對圓環結構進行探測,並消除儀器誤差的可能性。但即使這些圓環確實起源於大爆炸之前的某個時期,循環宇宙模型也未必能提供最佳的解釋。主要質疑包括,為何兩個「世代」之間存在巨大的尺度轉換,以及為何這一模型要求所有的粒子在未來某一時刻都失去質量。

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