宇宙起源將被改寫,諾獎得主彭羅斯:宇宙在迴圈,已找到證據

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人類總是在思考的三個哲學問題,我是誰,我來自哪裡,我又將去向何方?帶著這三個問題,人類將自己居住的地球翻了個底朝天,通過各種生物化石以及歷史遺跡整理出來了人類的演化過程。

人類起源不過就是因為人類有著聰慧的大腦,善于思考,研究完了自己,又將我們的目光轉向了浩瀚的宇宙,不僅要弄清楚地球是怎麼形成的,還要了解宇宙的起源。

宇宙大爆炸

現在科學界的主流思想認為宇宙是源于一次大爆炸。不過這個理論的形成和接受也是有一個漫長的過程的。作為推動這個理論的鼻祖就是著名的科學家愛因斯坦了。在他沒有提出廣義相對論之前,科學界對于宇宙的來源眾說紛紜,但都沒有一些實際的資料或者證據進行支撐。

宇宙物質而廣義相對論中就提出了一個引力場方程,基于這個方程,科學家們可以通過數學的方式來計算並且推斷出宇宙的起源以及未來的狀態。

勒梅特就此推斷出了宇宙是從一個很小的點膨脹開來的,這就是最早的原生原子說。在這個基礎上,哈勃又通過不斷地觀測,發現了宇宙紅移現象,也就是宇宙中的星系都在不斷地向外遠離,並且越往外移動的速度越快。

紅移現象這意味著宇宙仍在膨脹,就像勒梅特認為的那樣。如果這些星系在逐漸地分開,那就意味著在很久以前,所有的東西都是緊密相連的。最終,在這些前者的基礎上推導出了宇宙大爆炸理論。宇宙大爆炸,就是宇宙從一個擁有高密度,高溫度以及高能量的奇點爆炸而來。

宇宙大爆炸爆炸後的物質向外擴散,逐漸地減慢了速度,沉澱下來形成星雲,星雲中又孕育了各種星球,這其中也包括了地球。

宇宙的未來會是怎麼樣?

基于引力對不同密度的物質將產生不同的影響這個前提,科學家推測出宇宙未來可能會出現的命運。在這裡,我們首先要引入一個概念,臨界密度。臨界密度是指宇宙中物質的平均密度。

保持這個密度水準,宇宙中的引力能夠達到一個平衡點,這樣就能夠恰好阻止宇宙進一步擴張和膨脹,但是這個過程需要較長的一個時間。同時,為了對宇宙的未來做出可靠的預測,科學家首先要計算出宇宙的平均密度。要進行計算,他們先要了解組成宇宙的物質是什麼,他們的密度分別是多少。

宇宙密度在大約30年前,天文學家們還認為宇宙幾乎都是由構成恒星、星系和行星組成的 「普通 」物質組成。然而,隨著近年來科技的發展,我們觀測到了許多以前沒有發現或者我們肉眼看不到的物質,比如宇宙中存在的輻射、一些重子物質、暗物質和暗能量。

宇宙中物質構成而宇宙的未來會變成什麼樣子,則是取決于它的密度是大于、等于還是小于這個臨界密度。因此,就產生了三種可能性。

1. 形成一個封閉的宇宙

如果宇宙的密度大于臨界密度,那麼宇宙中的引力強大到足以阻止宇宙繼續膨脹,形成一個封閉的宇宙。最終,宇宙中的引力將引導這個封閉的宇宙向宇宙的內部坍縮,以 「大擠壓 」的方式結束。

2. 形成一個向外擴張的宇宙

如果宇宙的密度小于臨界密度,那麼宇宙的引力就會大大減弱,無法阻止宇宙繼續膨脹下去,而且速度會越來越快。隨著宇宙的不斷膨脹,所有的恒星和星系將最終耗盡它們的能量。失去了能量支持的宇宙將徹底冷卻下來,形成一個寒冷但是卻向外擴張的宇宙。

3. 形成一個平面的宇宙

如果宇宙的密度等于臨界密度,那麼宇宙的引力會將所有物質牽引到同一個平面中來,形成一個平坦的宇宙。不過這個宇宙還是會慢慢地進行膨脹,不過速度要比向外擴張的宇宙要慢得多,而且花費的時間也要長得多。

平面的宇宙不過鑒于我們對于宇宙中暗物質和暗能量的了解不多,隨著認知的深入,可能宇宙的未來還會發生一些變化。就目前我們觀察到的情況來看,在這個加速膨脹的宇宙中還會出現第四種可能性。

- 我們現在所能看到的星系一個接一個地消失在我們的視線中。

- 幾百億年後,銀河系將是我們唯一能看到的星系。

- 太陽將會坍塌成一顆白矮星,無法像現在這樣為地球提供足夠的光和熱。

- 恒星將慢慢燒毀並坍縮成黑洞。

羅傑·彭羅斯的宇宙迴圈到底說了啥?

不管是上述哪種情況,宇宙最終都將消耗掉所有能量成為一個死寂之處。不過羅傑·彭羅斯描述的宇宙在大坍塌之後產生迴圈宇宙的可能性。考慮到這位科學家還獲得了2020年諾貝爾獎,那麼我們一起來看看為什麼他這麼支持這個宇宙迴圈理論吧。

要了解宇宙迴圈理論,想要引入一個知識點,霍金點。霍金點指的是在宇宙微波背景輻射上類似漩渦狀的現象。下圖就是由普朗克衛星拍攝的最精細宇宙微波背景輻射地圖,在這個地圖中,羅傑總共找到了大約有30處這樣的點。羅傑認為這些點是宇宙黑洞蒸發後形成的痕跡,而霍金是提出黑洞理論的人,因此他用霍金點來代指這些旋渦狀的現象。

而正是因為這些點的存在,羅傑才相信黑洞是上一個宇宙在坍塌時留下的痕跡。因此,宇宙才會不斷地坍塌,聚集到一點後又膨脹開來,形成不斷迴圈的狀態。

結語

目前主流學界採用標準宇宙模型推導出了宇宙平坦、宇宙微波背景輻射分佈均勻等現象,而由阿蘭·古斯提出的宇宙暴脹理論正好完美地解釋這些現象。因此,宇宙暴脹理論受到了廣泛的認可。而作為與之對立的宇宙迴圈理論,因為與標準宇宙模型充滿了矛盾,而且也沒有相應的證據所支持,僅僅只有彭羅斯仍然為其搖旗吶喊。不過宇宙中還充滿了太多未知的事物,未來宇宙的命運到底如何只能靜觀其變。

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