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为什么物理学家不能逃避宇宙的起源

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大爆炸可能不是万物之始-最新的理论计算显示我们的宇宙仍需要一个起源。

【新三才编译首发】

“创世记难题”
 
你可以说这是史上最糟的生日礼物。在庆祝史帝芬霍金70岁大寿而举办的一场天才云集的聚会里 - 此聚会名为“宇宙的现况” - 两个大胆的推论震憾了我们对宇宙目前的了解。

第一个推论是,谜样的物体“裸奇点”存在的可能性也许较之前所推测的还要高。第二个推论是宇宙并非永恒不朽的。后者让一个棘手的问题死灰复燃:如果没有超自然造物主的帮助,宇宙要如何开端呢?

正当大部分人都接受了“大爆炸是万物之起始”的概念时,包括霍金在内的物理学家却试着回避宇宙起源这个议题。”若宇宙的开始只是一个点,则所有的物理定律都将失效,这时只有宗教或上帝能解释一切了。“霍金在剑桥大学的会议上以预录的声音说。

科学家们曾经提出几个模型巧妙的闪避了这个难题,包括宇宙永恒膨胀说或宇宙循环说,这些模型没有起点也没有终点,能让宇宙永远连续存在。令人讶异的是,这些模型和大爆炸理论是可以共存的,只要把大爆炸想成宇宙在137亿年前由一个极高热高密度的状态急速扩张的过程即可。

然而,根据波士顿塔夫斯大学的宇宙学家亚历山大.密勒金在上个礼拜发表的言论,说明科学家们的希望正在逐渐破灭。他指出所有理论都证明宇宙需要一个起点。

他首先针对宇宙永恒膨胀理论进行说明。1981年麻省理工学院的亚伦.高斯提出了宇宙暴涨理论,表示宇宙在极早期(大约10-35秒到10-33秒)经历了一个短期的加速膨胀阶段,最后扩张成我们现在所看到的稳定宇宙。宇宙暴涨理论可以解释在部分宇宙相距太遥远以至于讯息无法相互传递的情况下,为什么宇宙各处仍处于平衡状态的难题。

宇宙永恒膨胀说就是高斯的宇宙暴涨理论延伸:宇宙并非单一存在,从大爆炸开始,“多元宇宙”不断的膨胀,里面持续有小“泡泡宇宙”生成,而且每个泡泡宇宙都会经过自己的大爆炸及膨胀过程。重点是,某些版本的宇宙永恒膨胀说同时适用于时间及空间,泡泡宇宙在时间轴上的过去和未来都会生成。

然而在2003年,密勒金及高斯的团队在思考宇宙永恒膨胀说和哈伯常数-用来描述宇宙膨胀的数值-之间的关系时,他们发现方程式失效了。“在这种条件下无法建立时空模型。”密勒金说。他们得到的结果是哈伯常数限制了膨胀学说的时间方向。“宇宙膨胀说无法在过去的时间轴上永远存在,” 密勒金说,“它必定有个时间范围。”

然而并不是所有支持永恒宇宙的人都认同宇宙永恒膨胀说,所以永恒宇宙的概念仍另有立足之地:循环宇宙。在这个模型里,大爆炸不再是宇宙的起点,而是前一个宇宙收缩到极限的反弹。宇宙将在大爆炸和收缩之间无限回圈。循环宇宙的概念“拥有如诗意般的不可抗拒的魅力,让人想起浴火重生的凤凰。” 密勒金说,此句话引述自乔治.勒梅特,一个死于1966年的天文学家。然而,当密勒金思考循环宇宙和宇宙混乱度之间的关系时,同样又发现它们无法连结在一起。
 

混乱度随着时间而增加。所以每经过一个循环,宇宙的混乱度将会愈来愈大。如果循环的次数是无限的,则我们所居住的宇宙将会达到最大混乱度:这样的宇宙将会是寒冷且毫无特色,并且绝不会有像是恒星、行星、以及物理学家等我们如今所熟悉的复杂结构体出现。(译自 Newscientist)
 

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