大爆炸理论拒绝回答大爆炸之前的事情。但是,宇宙给大爆炸理论出了一个难题,使一部分天体物理学家开始背叛大爆炸理论,他们开始思考大爆炸之前的宇宙是什么样子。
均匀宇宙难题
如果宇宙确实如大爆炸理论所说,从一个无限小的奇点向外膨胀而产生,那么从大的尺度说,宇宙中不同区域的性质应该不一样,起码空间中物质的密度就应该有所不同。然而,宇宙却让持大爆炸理论的人很失望,从大尺度看,宇宙中各处具有高度的均匀性,不同地点的性质几乎是一致的,就好像相距几十亿光年远的时空能互通消息,“统一着装”一样。这怎么可能呢?
一开始,大爆炸理论的支持者辩解说,这是由于我们的观测范围太小造成的。在地球周围局限的空间中,各个区域的性质虽然不同,但是差别微弱,难以观察到。但是,随着望远镜技术的日新月异,人类能观测到的宇宙范围也越来越广阔,却始终没有察觉到大爆炸理论所预言的宇宙差别。
于是,科学家们只能承认,宇宙空间各个区域在诞生伊始,就被赋予了完全相同的性质,以至于当宇宙继续膨胀时,相距遥远的区域的特点基本相同。但是,这个结论却与大爆炸理论中关于奇点的描述发生了冲突。
大爆炸理论虽然目前还占据着宇宙学的主流,但是根基却发生了动摇。
奇点可能不存在
20世纪末,随着一个新兴的物理学理论——弦论的兴起,天体物理学家终于有了修正甚至颠覆大爆炸理论的有力武器。简单地说,弦论认为,宇宙中的基本粒子并不是点状的,而是无限细的量子弦,即一个一维的实体。由于弦的振动模式不同,就产生了各种特征不同的粒子,进而产生了大千世界。
量子弦有个重要特征,就是它的尺度是不为零的。我们可以把一根小提琴的琴弦一分为二,再继续一分为二下去,似乎只要我们的刀子足够锋利,就可以无限地切割下去。但是根据弦论,当分割到一定程度时,最微小的量子弦就不能再被分割了。这就决定了物质的尺度有一个下限,不可能有比这个下限更小的物质。
很快,一些物理学家就发问了:根据弦论,奇点是怎样的?把我们现在的宇宙逆着时间往回追溯,宇宙中的所有物质会逐渐聚集,宇宙也越来越小,缩小到奇点。所谓奇点无限小的说法,根据弦论是不成立的。或者说,大爆炸理论所预言的奇点,其实不可能存在于宇宙中,不论何时何地。
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