宇宙走到尽头会成为新的奇点吗?

宇宙永远存在吗?如果是这样,也许宇宙正在永无止境的大爆炸循环中来回跳跃。在大爆炸中,所有物质都从奇点开始膨胀,然后坍缩。当它崩溃时,一切又被吞噬,形成一个密度无限的奇点。然后,一切从奇点开始,周而复始。

然而,这些理论的数学计算永远无法真正告诉我们宇宙是圆的还是有始有终的。然而最近,一群理论物理学家利用所谓的“弦理论”试图解决早期宇宙的一些基本谜团。他们的研究成果可能会给我们从零开始构建宇宙所需的理论动力,进而支持循环宇宙假说。

宇宙大爆炸

如果你想建立自己的个人宇宙理论模型,不妨继续阅读。没有人会阻止你做你自己的宇宙学研究。但如果你想参与这个游戏,你必须遵守宇宙的规则。换句话说,无论你的宇宙模型中是什么,你都必须面对一些冰冷的、确凿的观测证据。

例如,我们知道我们生活在一个膨胀的宇宙中。其中的星系和恒星正以越来越快的速度远离我们。科学家可以用不同的技术方法计算出不同星系离开我们的速度,从而告诉我们这个事实。我们也有宇宙婴儿时期的照片。(虽然那个时候宇宙已经38万岁了,但是相对于现在的654.38+03.8亿岁,原来的宇宙真的是个“婴儿”。)

在宇宙“宝宝”的图片中,我们可以看到一些有趣的图案——微小的点。这些点揭示了早期宇宙中存在一些温差和压差。

我们可以用所谓的“大爆炸理论”和另一种观点——“宇宙膨胀”来解释所有这些观察结果。我们认为,宇宙膨胀的过程可能发生在宇宙诞生后不到一秒钟。在这个过程中(它本身的持续时间极短,与之相比,瞬间似乎很长),宇宙变得越来越大,吸收量子差异,使之变大。最终,这些差异继续扩大。正如密度越大,引力越大。随着时间的推移,差异逐渐变大,以点的形式出现在宇宙的早期照片中(几十亿年后,变成恒星和星系等。,不过这些都是后话了)。

火宇宙理论

厌倦了宇宙大爆炸理论,想发展自己的宇宙理论?这是个好主意。不过,你得先解释一下宇宙的膨胀,还有宇宙宝宝图片上的点。换句话说,你需要一个比宇宙膨胀更有说服力的解释。

看似容易,实则不然。早期宇宙中压力、密度和温度的差异困扰了几代宇宙哲学,包括最著名的“火宇宙理论”,比大爆炸理论更大胆。火宇宙理论中的“Ekpyrotic”一词来源于希腊语,意为“燃烧”,指的是宇宙不断重复的一种古老哲学。

根据火宇宙理论,我们的宇宙是重复的。在这种情况下,我们现在处于“爆炸”阶段,然后这个阶段最终(具体方法不详)会减速直至停止,然后又反过来坍缩回到极高的温度和压力状态。然后,宇宙会重复之前的过程(具体方法未知),在新的大爆炸中卷土重来。

然而问题是,根据火宇宙理论,很难重现宇宙早期图片中的那些点。当我们试图用一些模糊的物理学来解释崩溃-反弹-爆炸的循环时,一切似乎都太…顺利了。没有碰撞,没有摆动,没有斑点,也没有温度、压力或密度差异。

但这并不意味着该理论与我们对早期宇宙的实际观测不符。只是意味着这些宇宙理论不会孕育出一个有星系、恒星甚至人类的宇宙。

所以,很可惜。

救世主膜

在过去的几年中,火宇宙理论的主题是试图像膨胀理论一样拟合更多的实际观测结果。为了克服这个障碍,让火宇宙理论至少有点说服力,一群研究人员带来了他们最新的解释:S片。

没错,s片。大家应该都听说过弦理论吧?这就是基础物理学的宇宙,其中每个粒子都是一根非常非常小的振动弦。但是几年前,理论物理学家意识到弦不一定是一维的。因此,他们给多维弦取了一个新名字:膜。

“S”代表什么?弦理论中的大多数膜都可以自由穿越时空。但是假设的S膜只能在非常特殊的条件下瞬间存在。

在这个新的火宇宙假说中,当宇宙处于最小密度和最大密度时,S膜出现,触发充满物质和辐射的宇宙再次膨胀(大爆炸),温度和压力也发生微小变化(由此,可以解释宇宙早期照片中著名的点)。这些是三位物理学家今年7月在预印文献图书馆arXiv在线发表的一篇新论文的内容。应该注意的是,本文未经同行评审。

话说回来,这是正确的想法吗?天知道。最近弦理论本身也不是很站得住脚,因为大型强子对撞机上的实验没能找到任何支持所谓“超对称”理论的线索,而超对称理论是弦理论的重要基础。而且在弦论的圈子里,S膜的概念也是有待商榷的,因为我们并不确切知道膜是否只能存在于某个时刻。

还有一个事实是,我们的宇宙不仅在膨胀,而且还在加速膨胀,而且没有迹象表明膨胀会很快放缓(更不用说坍缩)。也不可能找出什么力量能让宇宙踩下刹车,重新转起来。

即便如此,火宇宙理论(以及其他理论)仍然值得探索,因为宇宙诞生的那一刻,给现代物理学带来了一些最令人费解、最具挑战性的问题。