暴脹 我們的宇宙誕生于大爆炸,那么在大爆炸之前存在的是什么?

當埃德溫·哈勃宣布宇宙是持續膨脹的,愛因斯坦十分不安,據報道,他稱他的廣義相對論中的宇宙學常數的內容是他一生中最大的失誤。這個失誤就是他假設宇宙是一個靜止不變的地方。宇宙的膨脹意味著它會分開居民,像從捏緊的軟管中分開水流,追尋水流的流徑,發現水流都會回到一個點。宇宙被構想為從一次爆炸中所誕生,那就是宇宙的第一件大事——宇宙大爆炸。

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如果宇宙是無限的、永恒的,那么每一條視線都會出現在一顆恒星的表面上,這樣的話,夜空就會像太陽的表面一樣光芒四射。當然,事實并非如此,因為星星不能在某一特定的時間之前發光。宇宙有一個開端,大約138億年前,這一發現是如此的深刻,以至于斯蒂芬·霍金宣稱它是“現代宇宙學中最了不起的發現”

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圖解:大爆炸的藝術表現
然而,人們不禁想知道到底是什么導致了這場大爆炸?換個問法,在大爆炸之前存在著什么?
然而,這個問題太模糊了。物理學家只通過仔細觀察它的某些方面來縮小它的范圍,比如推測什么先前的現象會使我們的宇宙表現出它目前所具有的特性。一個令人費解的特點是宇宙的驚人秩序。宇宙,由于一些神秘的原因,表現出非常低的熵或無序,而且由于熵隨時間的增加,宇宙在理論上必然以更小的熵開始。大爆炸之前的理論必須解釋為什么它是這樣開始的。
在所有的理論中,我只列舉了兩個最重要的理論。然而,這些都是推測,而不是經過驗證的事實,但它們背后的天才和嚴謹卻說明了大自然對這些駭人聽聞的、特別怪異的可能性的默認,當然,如果數學允許的話。

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圖解:根據大爆炸理論,宇宙是由一個極緊密、極熾熱的奇點膨脹到現在的狀態。
一個有開始的宇宙意味著它必須有一個結束。宇宙學家將此稱為“大收縮”,這是一個世界末日,宇宙變得過于擁擠,并在自己的質量下瓦解。在這種情況下,在某種程度上,引力收縮強過空間膨脹,把每一個質量都拉向一個點,發展成一個可怕的黑洞。

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圖解:這個叫做“大反彈”的理論預測,我們的宇宙是從一個以前的宇宙的崩潰中誕生的,當時它坍縮成了一個奇點,然后“反彈回來”產生了我們的宇宙。
為這個黑洞提供動力的單點被稱為奇點。它是一個零體積和無限密度的區域,因此是無限重力的。少數宇宙學家認為,正是這場災難孕育了我們的宇宙。
奇點是極著名且難以解釋的宇宙學現象。目前,物理學中沒有一個分支能夠解釋它們的行為。不僅愛因斯坦的廣義相對論在如此微小的尺度無法解釋,而且在無限密度下的粒子物理也超出了標準量子物理模型的理解范圍。大反彈違反了廣義相對論,因為似乎沒有明顯的理由可以解釋黑洞會突然轉變為一個白洞。有些人認為,我們的推理是不完整的,必須有一個新的、未被發現的領域,將收縮轉化為膨脹。

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圖解:超大質量黑洞宇宙射線的渲染(圖片來源:WJ共享資源)
然而,統一的理論可能會有所幫助。所包含的物理,是高度深奧的,是經典物理學和量子物理學的結合,稱為量子宇宙學。它巧妙地找到了一種預測“反彈”的方法,而不會與奇點起沖突。
量子宇宙學家推測,大收縮不是收縮成一個奇點,而是縮小到有限體積和密度的一個稍大的原始點,引力的量子效應達到它們的頂點,產生極大的排斥力,將宇宙從死亡中反彈回來,因為這種排斥力把一切都推向四方。
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這一理論是在20世紀60年代提出的,在80年代和90年代初獲得了相當大的關注。盡管它無法解釋宇宙是如何以低熵開始的,但這個理論可以解釋它是如何假定一個平面和均勻的結構的。事實上,它需要向前移動熵降的時間,我已經提到過,這是不可能的。

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