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宇宙真的是137亿年前由大爆炸创造出来吗？有没有可能宇宙在永恒地膨胀又收缩着呢？ 黑洞物理学提出了一种新的替代性宇宙起源解释，一篇新研究在这一新解释的启发下，对第二种可能性进行了研究，该报告认为，大爆炸理论假定的爆炸核心并不存在。 （艺术概念图显示，宇宙从大爆炸开始的演化过程） 被称为大爆炸的宇宙起源故事提出了这样的一个假定：137亿年前，有一个大爆炸奇点，几乎无限的小、几乎无限的密度及热量。有一天，因为未知的量子效应，它爆炸了！其爆炸力使其在几个普朗克时间内，变得跟橘子一样大。一共过了137亿年后，形成了今天的宇宙。在大爆炸发生之前，时间和空间均不存在，因此，大爆炸的发生也就不存在何时何地发生的问题。 有充足的证据显示，宇宙曾经在早期阶段经历过快速膨胀过程，宇宙的体积在1/（1036）秒的时间内膨胀了1078倍。目前，宇宙仍然在朝着四面八方膨胀，观测发现，一个物体距离地球的距离越遥远，从观测者的角度来看，该物体向远处飞行的速度就越快，这意味着不单单是物体正在以稳定速度向远处运动，空间本身也正在膨胀着。 另一项关键证据是宇宙微波背景辐射，宇宙背景辐射是来自宇宙空间背景上的各向同性或者黑体形式和各向异性的微波辐射，也称为微波背景辐射，其特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同，频率属于微波范围。宇宙微波背景辐射产生于大爆炸后的三十万年。大爆炸宇宙学说认为，发生大爆炸时，宇宙的温度是极高的，之后慢慢降温，到现在大约还残留着3K左右的热辐射，这就是源自大爆炸的残余辐射。 任何物体都具有不断辐射、吸收、反射电磁波的本领。辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布。这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射。为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体-黑体，以此作为热辐射研究的标准物体。黑体发出的热辐射被称为黑体辐射。 宇宙微波背景辐射在整个天空上是高度各向同性的，在各个方向都能够观测到，不存在单独起源点。欧洲航天局的科学家认为，宇宙微波背景辐射是在大爆炸发生的38万年之后开始在宇宙中进行传播的，此时，宇宙冷却下来，原子核和电子结合成原子，宇宙开始变得有些透明，允许透过电磁波，电磁波和物质在空间自由传播。经过137亿年，由于宇宙膨胀导致不断红移，温度越来越低(黑体辐射红移后还是黑体辐射谱)，被我们接收到时变成温度2.7K的微波背景辐射。所以微波背景辐射只能告诉我们大爆炸38万年之后的事，而更早的宇宙就无法通过微波背景辐射了解了。 因此，也就没有任何直接证据可以证实宇宙起源奇点的存在。通过人类目前掌握的方法是不可能收集到宇宙膨胀第一时刻的相关信息的。在该研究报告中，巴西物理学家朱利亚诺·塞萨尔·席尔瓦·内维斯认为，原始奇点可能从来没有存在过。 （2013年3月21日欧洲航天局在其巴黎总部公布了根据“普朗克”太空探测器传回数据绘制的宇宙微波背景辐射图，这幅迄今最精确反映宇宙诞生初期情形的全景图几近完美地验证了宇宙标准模型。这幅图比NASA此前发射的宇宙背景探索者卫星和威尔金森微波各向异性探测器探测到的微波背景辐射图更为精确，见证了宇宙诞生38万年后的情形。图中颜色表示的是宇宙微波背景辐射的温度变化。） “大爆炸的起始奇点仅仅是一种假设，”席尔瓦·内维斯对太空网的记者说。他认为，宇宙论上的很多观测发现都支持一种假说，这种假说认为宇宙经历过快速膨胀阶段，但没有直接证据证实，这种膨胀是起源于一个奇点。 席尔瓦·内维斯在8月29日发表于《广义相对论与引力》期刊的研究报告中称，巴西坎皮纳斯大学数学、统计学及科学计算研究所的一个研究人员提出了一个新的替代性宇宙论模型，他的模型包含了一种被称为反弹宇宙论的概念。 这一概念第一次出现至少是40年前的事情了，反弹宇宙论认为，宇宙确实在膨胀着，但该理论并不认为宇宙是在大爆炸发生、膨胀开始启动的一瞬间形成的，该理论还认为宇宙不可能是几乎无限的小。 相反，反弹宇宙论认为，宇宙正在经历着收缩及膨胀的永恒循环。 宇宙在收缩及膨胀的不同阶段平缓地过度，一个阶段紧接着另一个阶段，无休无止，就像波浪的波峰及波谷一样，反弹宇宙论是基于阿尔伯特·爱因斯坦循环宇宙模型的一个变体理论。 席尔瓦·内维斯将反弹概念同黑洞物理学的替代理论结合在一起，黑洞有点类似于宇宙起源的原始奇点，科学家认为，黑洞及奇点的中央都有着一个密度无限大的点。正因为这样的一个具有无限属性的点能够在理论上存在，所以科学家一直在苦苦研究，它如何才能够真实地存在于宇宙当中。 广义相对论认为，一切物理学规律在奇点内部都将失效，因此，物理学规律也就不能成为我们破解这一难题的指导原则。 物理学家詹姆斯·巴丁在1968年发表的一篇论文中提出一个被称为“常规黑洞”的概念，这种黑洞的内部不存在奇点。如果这种黑洞的质量并不恒定，且其质量依赖于距离黑洞中心的距离，则这种黑洞在数学上是可能存在的。 席尔瓦·内维斯说，他的宇宙论模型是根据常规黑洞的研究建立起来的，该模型并不需要存在一个黑洞理论及宇宙膨胀起始理论中所需的奇点。他指出，这种反弹宇宙论模型还仅仅是一种纯假设构想。 “目前，还没有任何试验证据支持反弹宇宙论，”他说：“但是，同样也没有任何试验证据支持起始奇点概念。” 席尔瓦·内维斯认为，如果宇宙确实是无限的，就有可能会发现宇宙收缩及膨胀前一循环阶段的残余物和遗留物，他将这些残余及遗留称为“前阶段痕迹”。 “发源于前一阶段的黑洞及引力波有可能到今天都还存在，”他说。在物理学中，引力波是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。在1916年，爱因斯坦基于广义相对论预言了引力波的存在。在2016年2月11日，科学家首次直接探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。 西班牙巴伦西亚大学天体物理学家冈萨洛·奥尔莫表示说，席尔瓦·内维斯的模型具有数学上的可行性，但是，某些已被接受的科学观测结果却并不支持这一观点。 “常规黑洞没有奇点，如果要将常规黑洞这一特定通过数学方法在宇宙论模型中实现，则意味着，要放弃所有空间点都具有相同物理特性的均匀宇宙模型，转而采用不均匀宇宙模型，”奥尔莫对太空网的记者说。 “宇宙微波背景辐射的观测结果表明，早期宇宙具有高度的均匀性，不均匀宇宙模型如何才能形成我们所观测到的均匀宇宙？这一问题还有待解答。” 奥尔莫说，但这并不意味着反弹宇宙论模型将来就一定不能解答这一难题。 作者：特里萨·帕特罗瓦（Tereza Pultarova） |
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