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宇宙起源方式要改寫?諾獎得主彭羅斯:宇宙在循環并找到了證據

Ashin 2023/01/12

羅杰·彭羅斯一位英國著名的數學家、物理學家、宇宙學家、哲學家!如果妳之前沒有聽說過他的大名,現在應該聽過了吧。

因為他剛獲得了今年的諾貝爾物理學獎,以表彰現年89歲的他,在1965年為證明黑洞存在而做出的杰出貢獻。

這位諾獎級別的科學家最近在《皇家天文學會月刊》發表了一篇論文《微波輻射中存在霍金點的明顯證據》,瞬間就成為了各大媒體的頭條。

除了人家現在成了紅人以外,主要是他的論文表示:我們的宇宙是在循環,也就是說,我們現在生活的這個宇宙在大爆炸開始之前,還存在一個宇宙。

說的再直白一點,我們現在這個宇宙在加速膨脹。在遙遠的未來,宇宙中所有的物質都會衰變為純能量,包括宇宙中的黑洞也會通過霍金輻射衰變。

宇宙會變得除了存在能量以外空無一物,而且各處的溫度相同,這就是我們所說的熱寂,這是我們的宇宙未來的命運。

但彭羅斯認為,這樣的死寂的宇宙并不是結局,它還有起死回生的機會,這樣的宇宙又會經歷一次大坍縮,將時空、所有的能量聚集起來,又經歷一次大爆炸;

這樣的大爆炸又開始誕生了一個新的宇宙。而我們宇宙正是來自于上一個宇宙的結束。

在論文中,彭羅斯指出已經在微波背景輻射中找到了來自上一個宇宙特征證據,6個直徑相當于8月球直徑、溫度稍高的點,這些點被稱為「霍金點」。

為啥又跟霍金扯上了關系,因為這些點是黑洞增發完以后留下的印記,而黑洞會蒸發掉這一理論是由霍金提出的,也被稱為霍金輻射。

我們知道一個黑洞要想蒸發掉所需要的時間比我們宇宙的年齡要長很多,而且霍金輻射的溫度也非常低,比微波背景輻射的溫度還要低,因此就到了霍金輻射無法被觀測證實。

而彭羅斯在論文中指出,上一個宇宙中存在的黑洞蒸發完留下的印記可以被觀測到,這不僅可以證明好友霍金是對的,也可以證明它的循環宇宙說也是正確的。

這個想法相當的大膽、且具有爭議,跟我們現在主流的宇宙學理論相違背,而且也跟目前我們對宇宙未來的預測結論不符。

因此就成為了各大媒體的頭條,以及科學界議論的話題。

那麼彭羅斯的理論主要與哪些已經被認可的理論相違背呢?那麼彭羅斯的想法有多大的幾率是正確的呢?

首先在彭羅斯的想法中依然有我們熟知的大爆炸理論,這一點沒有變,只是對宇宙的起源方式,也就是大爆炸那個炙熱、稠密狀態的來歷,提出了不同的看法,認為它來自于以前已經存在,且已經死寂的宇宙。

就像上圖中的情形,一個宇宙誕生、然后擴張到死寂,然后再收縮,在經歷大爆炸,在誕生一個新宇宙,在這個宇宙中會留下上一個宇宙的印記,如霍金點,再經歷以上的循環...

彭羅斯的這個想法就取代了目前宇宙學理論中大爆炸之前宇宙的一個狀態:暴漲階段。

這個階段是1980年代由美國科學家,阿倫·古斯提出來的,主要是解決宇宙大爆炸狀態的來歷,以及大爆炸理論在當時無法解決的問題。

宇宙大爆炸理論是上世紀宇宙學最偉大的成就,是人類對宇宙起源第一次最為深刻的理解,它來源于我們發現了宇宙在膨脹,以及愛因斯坦的相對論給我們塑造的時空觀。

這難免會讓我們得出這樣的結論:宇宙有一個起源,且在早期的宇宙溫度極高、密度極大!這樣的理論一開始并不被所有人接受,因為一個有起源的宇宙讓無神論者總是感覺心里不舒服。

但是隨著我們更多證據的發現,大爆炸理論無疑成為了解釋宇宙最成功的理論。因為我們在上世紀的69年代,發現了充滿全天空的微波背景輻射,且它的能量譜跟黑體輻射完全一致。

這個發現跟大爆炸理論所預言的「原始火球」相一致。除此之外,我們通過對早期宇宙沒有被任何恒星污染過的原始氣體云進行觀測分析,得出了早期宇宙的元素組成以及比例。

這個發現也跟大爆炸理論提出的核合成相一致。因此大爆炸理論就成為了解釋宇宙最好的理論,并且被所有的科學家所接受。因為其他的所有理論都無法解釋以上的觀測和發現。

但是大爆炸理論也有它無法解釋的現象:

我們口中所說的充滿熱物質、高能輻射、且在膨脹的宇宙(熱大爆炸狀態),是怎麼來的?

如果現在的宇宙在膨脹,那麼過去的宇宙就無限小、密度無限大、溫度無限高,因此會誕生出一個我們無法理解的奇點,在一個溫度不受限制的宇宙,就會誕生出奇異粒子,如:磁單極子、大統一粒子,為什麼我們今天沒有在宇宙中發現這些粒子呢?

通過對微波背景輻射更為精確的測量,我們發現宇宙在各個方向上溫度都是大致相同的,也就是我們所說的各項同性。要知道宇宙現在的尺度達到了數百億光年,且膨脹超過了光速,那麼這些區域在無法進行任何信息交流的情況下,是如何保證各處的溫度基本一致的?

我們通過對宇宙空間曲率的測量發現可觀測宇宙的曲率跟平坦的結構無法區分,為什麼宇宙是平坦的,而不是存在正曲率或者是負曲率?

以上的三個問題,分別被稱為高能粒子難疑、熱平衡難疑、平坦難疑!大爆炸理論本身對這些問題無法做出回答。

所以為了對大爆炸理論做出補充,因此就出現了暴漲理論。也就是在大爆炸之前宇宙存在一個沒有任何物質、空間中只有真空能量的指數膨脹階段。

一個指數膨脹的宇宙就解釋以上的所有問題,并且對宇宙的能量做出了限制,并非是無限高,所以一些奇異粒子不能產生、或者是量非常少,且指數膨脹的宇宙可以將他們稀釋到我們無法發現的程度。

一個指數膨脹的宇宙也會在很短的時間內將宇宙的曲率拉伸到平坦的狀態,也許整個宇宙真的存在一些正曲率或者是負曲率,但在我們看來就是平坦的,這就跟我們站在地球上一樣,其實地球是球,但我們看到的地球是平的。

一個指數膨脹的宇宙也能將曾經存在聯系、可以交換信息的空間,在很短的時間內拉伸到非常大的范圍,使得現在我們在地球上看來,各個方向上溫度都一樣,這是因為它們曾經交換過信息。

所以暴漲理論不僅對大爆炸理論做出了擴展,解釋了大爆炸理論無法解釋的問題,也預言了在微波輻射中存在的密度波動。這是由于真空能量的波動引起的,物質分布稍微的不均勻。

因此暴漲理論是一個完整且成熟的理論,已經被科學界所認可。

而彭羅斯最新發表的論文正是想要取代暴漲理論,這引起了很多科學家的懷疑、質疑。并不是科學家不接受新的理論,而是彭羅斯所認為的在微波背景輻射中發現的「上一個宇宙」存在的證據霍金點,在很多科學家看來并不可靠,它的數據分析有誤,且觀測結果沒有可重復性。

而且也有很多科學家給彭羅斯指出了這一點,但他就是堅持自己的想法,為什麼呢?

因為彭羅斯在近10年來,一直都不相信暴漲理論,不相信在大爆炸之前存在一個指數膨脹的宇宙,而他更相信一個循環的宇宙。

這套理論雖然很美,但是估計是錯誤的,這會給他的科學之路上留下瑕疵。

不過,我們也不能一棒子把人家敲死,因為在彭羅斯根據廣義相對論認為宇宙中存在黑洞的時候,就連愛因斯坦也不相信,認為黑洞只是數學上的把戲,而非物理現實。

但真實的情況是,彭羅斯是正確的。也許他這次也是正確!如果真的正確,那麼我們的宇宙學模型將會徹底的天翻地覆,我們的宇宙觀也將被徹底的刷新,一個循環的宇宙,一個從生到死再到生的宇宙,讓人覺得可怕。

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