宇宙和生命-第171部分
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
而将来的宇宙，又会如何演化呢？这有赖于一个参数的数值，小于1，则永无止尽地膨胀下去，等于1，则是膨胀到一定时间后停下来，大于1，则停下之后又变到不断收缩最后回归到奇点的状态？而此参数的数值大小又与宇宙的质量紧密相关（质量越大，这个参数的数值越大）。根据目前所测结果，此参数远小于1，但这并不意味着宇宙就一定将一直膨胀下去。因为很可能宇宙的质量并没有完全被我们测量出来。宇宙中存在着大量难以测量其质量的暗物质，但很可能，这些暗物质的质量将对这个参数产生巨大影响，说不定它们就是是这个参数的大小超过1的主要因素。如果真是这样，那么，从奇点开始的宇宙便会在最后又回到奇点的状态。如果是这样，那么，这将是宇宙最大尺度上的对称了。其实，对称和非对称，本来就是如影随形的，他们交叠着为我们带来神奇的宇宙。
“火宇宙”理论挑战“大爆炸”宇宙 ，时间并非开始于大爆炸 ，大爆炸理论认为，时间有一个开始，宇宙只有137亿年的历史。但一种崭新理论认为，我们的宇宙并非诞生于一个没有时间的奇点，而是在更大的、无法探知的十维大宇宙中，不同“膜”碰撞的产物
国际先驱导报文章 宇宙是怎么来的？根据现在广为接受的大爆炸宇宙理论，整个宇宙乃是137亿年前由一个奇点大爆炸膨胀演化而来；现在宇宙仍在加速膨胀。大爆炸理论推断时间有开始，最终宇宙也会走向终结。
最近，美国普林斯顿大学宇宙学家保罗·；斯坦哈特和英国剑桥大学宇宙学家尼尔·；图罗克提出一种新宇宙模型，认为宇宙从来就没压缩成一个奇点，也不是在一次猛烈的爆炸中诞生的；相反，我们现在所知的宇宙其实是一个有着更高维度的、极其宏大的宇宙的一小部分，其高维度是我们不能感知的。
“大爆炸”其实是我们的三维世界与另一个三维世界相碰撞的结果，两个世界的距离不超过1个质子大小，但就因为这点距离而彼此看不见。而且，“大爆炸”只不过是在过去和未来无限轮回的宇宙碰撞循环中的一次，我们宇宙137亿年的历史只不过是无限时间中的一瞬间。
三个脑袋里的两块膜
斯坦哈特和图罗克的这一宇宙生成理论，来源于试图对宏观世界和微观世界做最终统一解释的超弦理论。超弦理论认为，空间并不是我们肉眼所见的三维，实际上有多达10个维度，正如一张晾在绳索上的二维床单是悬挂在一个三维世界里一样，所有时空连续都悬浮在具有更高维度的空间中。遵循这个床单比喻，可以形象地把我们可观察的宇宙描述为一张漂游在十维大宇宙中的“膜”。
1998年，美国宾夕法尼亚大学物理学家伯特·；奥卢特在英国剑桥大学举行的一次宇宙学会议上提出：如果我们生活的世界是一张漂浮在多维空间中的“膜”，为什么不可以设想还有其他类似的膜漂浮在这多维空间中呢？超弦理论完全不排除这种可能性，而且如果其他的膜存在，它们就可能相互影响。
当时坐在听众席中的斯坦哈特大受启发。他猜想，如果膜与膜之间的相互作用是一种碰撞，那么这种碰撞将产生极其巨大的强烈反应，因为每一张膜都拥有巨大量的能量和物质。这种碰撞所释放的能量之大足可以和通常所说的“大爆炸”相匹敌。
同在听众席上的图罗克也这么认为，两人在奥卢特演讲完后一起找他进行更深入的讨论。三人都认为两块膜碰撞，会在宇宙中导致戏剧性的巨大事件。一种新宇宙理论自此开始形成。
18个月计算出“涟漪”
根据暴涨理论，宇宙最早是极热极密的一个点，随后经历了一个非常短暂而巨大的暴涨过程。斯坦哈特他们的新理论则设想：宇宙也许实际上是从又冷又空的地方开始的。如果情况真是这样的话，那么从膜相撞这个概念出发，就可为随后一直进行的扩张过程提供简洁的说明，而不必求助于“暴涨”。
为简单起见，他们假定膜是平的，并且相互平行。他们也假定膜中没有包含物质，但是根据量子理论和爱因斯坦狭义相对论，这样的膜并不虚无，而是包含了巨大的能量。因此，两块空空的膜相遇，仍然会是极其剧烈的碰撞。
经过一年半的艰苦数学计算，这些研究者终于认识到，两块膜相撞能够形成一个火球，进而创造出一个与我们可观察的宇宙一样的宇宙。他们经计算认为，在碰撞发生前，随着两块平坦的膜相互靠得越来越近，它们之间的力会使它们起皱，犹如平静的湖面上泛起一圈圈涟漪。结果，这两块膜并不是全部立即碰撞，而是隆起的部分先碰撞。
这种不均匀的碰撞，进而导致不均匀的能量爆炸——碰撞产生的火球尽管各处密度一样，但在隆起的部分会比较热一点，而在低陷的地方则会凉一点。
古希腊“大火”的启示
他们认为，我们的宇宙在第一代恒星和星系形成之前就是这个样子。我们知道，由宇宙早期遗留下来的热量构成的宇宙微波背景辐射就是不完全均匀的，在宇宙不同部分有一些细微温度差异。
2001年7月发射升空的威尔金森宇宙微波背景辐射各向异性探测器（WMAP）精确地绘制了这种温度差异的分布图。在大爆炸宇宙模型中，那些较热的地方被认为是由量子噪声造成并由暴涨能量场放大的。在斯坦哈特他们的模型中，这被认为是由于膜起皱演变来的。图罗克说：“让我们甚为惊奇的是，经过巨量复杂的计算，我们发现膜的碰撞能形成与观察到的温度不均完全一样的图案。”
研究者随后研究了膜碰撞后，在各块膜中会发生什么。计算表明，这种碰撞在各块膜中会产生宇宙规模的巨大的纯能量火球，这种爆炸让这两块膜再次分开。而后，随着充满于我们的膜中的那个火球开始冷却，其中的能量经历一个相变过程，就像水结成冰，这种相变释放出的一种力能使宇宙开始膨胀。火球中温度较高的部分凝结成物质块，最终演变成星系团，而较凉的部分则变成星系团中的虚空部分。
他们把这种宇宙理论叫作“ekpyrotic universe”（火的宇宙），ekpyrosis在希腊语中的意思是“大火”，古希腊斯多葛学派的宇宙模型就认为宇宙是一团大火，处在诞生、冷却和再生的永恒循环中。
无限的碰撞循环
“火宇宙”模型后半部分和大爆炸模型所说的一个大火球膨胀演化出今日宇宙很相似，但是在“火宇宙”模型中没有了暴涨过程，而是从一开始就有着惟一促使宇宙扩张的力，这种力至今仍然在起作用，使宇宙一直保持加速膨胀，越来越快。这就可以解释现在所谓的暗能量。
两位研究者在进一步计算后认为，我们现在所处的阶段实际上是一个非常漫长过程的开始，而这个过程最终将导致一个空荡荡的宇宙。经过几万亿年后，宇宙中的物质平均密度将非常接近于零，一切有意义的差别都将被抹平。
这个结果和大爆炸理论所预言的宇宙末日图景也是一样的，但是“火宇宙”理论并不终结于此，斯坦哈特和图罗克认为，在遥远的未来，另外一个三维世界即另外一块膜在与我们的膜相撞后，还会与我们的膜在类似引力的力作用下再次靠近、碰撞，从而导致另一次“大爆炸”。而且，这样的碰撞循环是无限的。
对于这一宇宙模型，物理学家们还在观望，多数人并没有立即表示欢迎，但一些人认为很值得关注。普林斯顿大学天体物理学家、WMAP研究团队的成员戴维·；斯皮尔盖说：“宇宙学早晚要和超弦理论联系起来。有好几种思想试图和暴涨理论竞争，它们也许最终都会被证明是错误的，但我要说这种‘火宇宙’理论最有可能是正确的。”
如果真的是这样的话，我们就得好好再思考自己在宇宙中的位置了，实际上，我们要思考的是宇宙本身。（凌高）#
【链接】奥卡姆剃刀
大爆炸理论并非无懈可击，问题不只是该理论要求时间和空间有一个开始，问题还在于宇宙学家越试图完善这一理论，事情就越混乱。
最早的大爆炸模型比较简单：一个炽热的、密度极大的能量点向外爆炸，逐渐冷却为物质，演化成星星，并一直保持扩张。上世纪80年代，一种更精致的大爆炸理论——暴涨理论诞生，并很快成为宇宙学的主导理论。暴涨理论认为在宇宙诞生的万万万万分之一秒的极早期经历了一个暴涨（指数性扩张）过程，然后才以稳定的、相对缓慢的速度膨胀。这似乎是把新生的宇宙弥散开来的惟一方式，似乎有某种巨大的能量场在此起了大作用。但我们在现今宇宙中看不到任何类似这种能量场的东西，一些宇宙学家因此假定这种能量场也许只在大爆炸后的瞬间存在，然后就消失了。
召唤一种新的、未知的能量场来解决问题，既有悖常识又不合科学的简洁性原则。这种简洁性原则，常常表述为“奥卡姆剃刀”，指对自然现象的最简单解释通常都是正确的解释。一个例子是托勒密地心说，认为地球是宇宙的中心，所有天体都围绕地球旋转。但观察发现行星的运动并不是沿围绕地球的单一轨道运行，信奉托勒密地心说的学者为解决这个问题提出“本轮说”，认为行星在其大圆轨道上还作小圆运动；但进一步分析表明，这还是不能很好地解释所观察到的现象，于是那些学者又在本轮上增加本轮……后来哥白尼提出日心说，开普勒指出行星轨道是椭圆的，很简洁地就解释了行星运动，完全不必依赖复杂的“本轮”，旧学说因此被摈弃。
但“暴涨”似乎是必要的一种复杂性，没有这个过程，宇宙会是与现在很不同的样子。但一些宇宙学家认为，把“暴涨”考虑进来，就像是给托勒密地心说加上本轮一样。现在，据信在推动宇宙加速膨胀的暗能量说，又使大爆炸理论更加复杂，因而斯坦哈特他们的新宇宙理论试图克服这种复杂性。
证明“宇宙大爆炸”理论的观测依据，20世纪可以证明“宇宙大爆炸”理论的观测依据主要有5项，科学界普遍予以接受。
星系退行：通过光谱观测发现，遥远的星系均以很高的速度在彼此退行。这表明星系系统处于一种膨胀状态。天文学家据此进一步计算出宇宙的年龄约为200亿光年。宇宙时标：用放射性年代学的方法测得月岩和最老的陨石年龄均为46亿年，由恒星演化模型导出的银河系中最老的恒星年龄为150亿年。迄今用各种独立的方法对不同天体测定的时标均在由星系的速度──距离关系所确定的宇宙年龄200亿年以内，这说明宇宙年龄是有限的。
宇宙中的氦和氘：通过对比较原始的星际气体的观测发现，在银河系和许多河外星系中，轻元素氦的同位素氘相对于氢的数量基本上是均匀分布的。这和许多重元素的非均匀分布形成了鲜明的对照，用宇宙大爆炸理论解释就是：因为大爆炸后最初几分钟内预期出现的高温高密状态极易导致轻元素的合成；而重元素则是在众多的恒星内核深处合成，直到发生超新星爆发时才大量散布开来的，它们相对于氢的数量不会是均匀分布的。 “大爆炸宇宙理论”是关于宇宙形成的最有影响的一种学说，英文说法为Big Bang，也称为“大爆炸宇宙论”。大爆炸理论诞生于20世纪20年代，在40年代得到补充和发展，直到50年代，人们才开始广泛注意这个理论。“大爆炸宇宙”学认为：如果宇宙是膨胀的，那么，昨天的宇宙应该比今天的宇宙更小，物质也更密集一些。所以，在宇宙的早期，可能是一种非常密集的状态。那时候物质密度非常之高，完全不同于我们今天看到的星空世界。 沿着这条线索来研究宇宙中物性的演化历史，称为“大爆炸宇宙”学。目前比较盛行的是“大爆炸宇宙”学。
但我认为：“大爆炸宇宙”学说是很狭隘的。爆炸点之外难道就不是宇宙？这就和说无穷大有边界一样。一个逻辑的问题：装着宇宙的时空是什么？难道不也是宇宙？
质疑（1）：“大爆炸理论”无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样子？或者确切地解释清楚发生这次大爆炸的原因是什么？
质疑（2）： 如果“大爆炸理论”是正确的，那么这个空间里所有的物质应该生于大爆炸之后，这是个因果关系。虽然爱因斯坦的相对论原则上不需有绝对的时间和空间，但是如果宇宙有一个起源，它就有一个绝对时间的原点，破坏了时间的相对性，所以这个因果律便是一个绝对的定律。最近美国的哈勃太空望远镜观测到一些现象，显示这个绝对的因果律出了问题。也就是说宇宙可能没有起源，就像相对性的空间一样，时间也是没有原点，时间也不是绝对的。
质疑（3）：自从“大爆炸宇宙”理论被提出来以后，大多数天文学家都接受了“大爆炸宇宙”学说的基本思想。特别是许多天文学家都认为：“大爆炸宇宙”有许多相关的证据，所以，有些科学家们也就不去想什么了。为什么我们不去想一想：天体物理的许多问题还不能得到有效的解释？
质疑（4）：哈伯太空望远镜的观测显示，如果宇宙真是由大爆炸所造成的，那么爆炸距现在的时间是小于很多老星球的年龄。最老星球的年龄可达一百六十亿年，但观测显示爆炸的时间顶多是一百二十亿年前而已。这个发现最近在英国的自然杂志发表，引起天文物理界莫大的震撼。
如果一定要用“大爆炸”宇宙理论解释黑洞现象，就显得非常困难，换个思路，如果我们换一种其他的方法来解释宇宙的现状，可能就会好一些。自从2003年初，有关媒体介绍了“旋臂涡旋宇宙理论”后，引起了许多读者的极大兴趣，正是因为“宇宙大爆炸理论”已经“深入�
