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当宇宙撞上宇宙时

 大科技杂志社 2019-11-08

现在的物理学理论是越来越玄,什么弦论、超对称、多重宇宙,一个个高深莫测,却又偏偏不能用实验来辨别对错。不过要是据此指责物理学家偏离了科学的正道,倒也冤枉了他们。他们也在想办法设计实验来验证自己的理论,比如耗费巨资建造大型强子对撞机什么的,只是一直以来没什么真正的进展。

而最近英国天文学家的研究有可能改变这个尴尬的现状,他们也许发现了游离于我们宇宙之外的宇宙!

肥皂泡宇宙

众所周知,我们的宇宙起源于一次大爆炸,从温度极高、密度极大的一个点开始,经过上百亿年的不断膨胀,变成了现在这个样子。大爆炸理论得到了很多观测的支持,例如宇宙膨胀会导致其他星系远离我们;再比如,大爆炸后宇宙早期留下的光现在依然弥漫在宇宙中,当初高温的宇宙发出的是可见光,但宇宙的膨胀是空间本身的膨胀,连带着光波也被拉长了。可见光的波长变长后成为了微波,天文学家把它叫做微波背景辐射。这也可以观测到。

大爆炸理论本身取得了巨大的成功,但随之而来的问题却没有全部得到解决。既然宇宙并非无始无终,而是有个开端,那么在这个开端之前又有些什么呢?还有,为什么我们的宇宙中物理常数这么凑巧?如果把电子的质量或什么其他物理常数稍稍修改一下,恒星恐怕就不能稳定存在了,更不要说地球、生命以及我们人类本身这些脆弱的物质。

为了解决这些问题,科学家们提出了宇宙的永恒暴涨理论。暴涨本身是大爆炸的一个阶段,在宇宙刚诞生的时候,在瞬间膨胀了10的几十次方倍,然后才进入了今天这样平稳的膨胀阶段。永恒暴涨理论认为,我们的宇宙就像是这次暴涨吹出的一个泡泡,而在我们的宇宙之外,更广大的范围内,还有无数个宇宙泡泡通过暴涨生长出来。有的宇宙中某块区域发生暴涨,形成一个新的宇宙,新宇宙中又产生更新的宇宙,一个泡泡中又冒出一个泡泡,永不停止。

按照永恒暴涨理论,我们的宇宙在大爆炸之前可能是在另一个宇宙之内。而不同的宇宙有着不同的物理学常数,只有物理学常数合适的宇宙中才会产生我们人类。

宇宙大碰撞

永恒暴涨理论看起来很美,但是几乎不可能得到验证。身处一个宇宙中的我们又怎么能看得见其他宇宙呢?

英国天文学家为此另辟蹊径,他们想到,不同宇宙挤在一起,迅速膨胀起来,难免会发生一些擦碰。而如果我们的宇宙曾与其他宇宙发生过磕磕绊绊,就会留下碰撞的“淤痕”。在接触了其他宇宙的地方,物质的分布会发生改变。这样就会在宇宙早期发出的光,也就是微波背景辐射上留下痕迹。本来宇宙刚诞生不久的时候,物质分布是非常均匀的,反映在可以观测的微波背景辐射上,就是辐射的亮度分布也是很均匀的,稍有起伏也是随机的。宇宙泡泡基本上是球形的,所以两个泡泡间的碰撞改变了接触位置的物质分布,于是在微波背景辐射上会留下异常的圆圈形状痕迹,也就是宇宙中某个方向有一个圆圈,它的微波辐射亮度和周围空间不同。

于是他们分析了在过去7年中观测得到的微波背景辐射的数据,发现整个宇宙有4处碰撞留下的圆圈痕迹,这也就意味着我们的宇宙至少和其他宇宙碰撞了4次!

当然,据此就断言多宇宙真实存在,恐怕还为时太早,如果采用不同的数学方法分析,可能就看不出这几个圆圈了。所以,科学家们还要等待对微波背景辐射做出更精确的观测后,才能给出比较明确的结论。幸运的是,新的探测器已经在太空中努力工作了,几年内,更精确的微波背景辐射图将会被绘制出来,到时候,我们将可以更清楚地了解,我们的宇宙之外是否还有宇宙,到底我们的宇宙和其他的宇宙撞过车没有。

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