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宇宙的輪回,每1000億年一切重來?

2024-08-07科學

導語

在20世紀,人類對宇宙進行了深入地探索和研究,布滿了無數人類探索的星空。

在星空中,我們每天都能看到漫天的星辰,這些都是宇宙中不可或缺的一部份,無限延伸的宇宙,讓人們總是感到它包含了幾乎所有的事物。

人類對宇宙中的一切都充滿了好奇和熱情,希望透過自己的努力揭開宇宙的神秘面紗。

然而,伴隨著探索的不斷深入,一些研究者們意識到了宇宙中存在一些不同尋常的現象。

在這期間,一些被認為是無比巨大的現象被發現,並且將它們的運動、形態等進行了精細的研究,並且提出了各種宇宙論,其中就包括了我們所熟悉的「大霹靂」說與「無邊無垠的宇宙」說。

在這兩種流傳廣泛的宇宙觀中,一種認為宇宙是從一個由於某種原因突然「爆炸」的狀態中產生的,而另一種是認為宇宙是無限膨脹的,永遠在擴張的。

然而,英國的一名物理學家卻提出了與這兩種流傳較廣的宇宙觀都不完全相同的新觀點,他認為:宇宙可能是在一個由大到小的巨大周期中迴圈的,每一次宇宙都是在上一代宇宙淪陷後產生的。

這名物理學家叫做羅傑·潘洛斯,他的這一觀點被稱作「共形迴圈宇宙」(CCC),它和傳統的宇宙觀中宇宙永遠在膨脹,最終將因為宇宙膨脹到無法承受而淪陷的觀點是不同的。

那麽,潘洛斯是如何得出這一觀點的呢?

「共形迴圈」和「大霹靂」觀點之間又有哪些差異呢?

「大霹靂」觀點與「共形迴圈」觀點的差異

在相對論誕生後,對於宇宙從何而來就成了一個熱點議題,愛因史坦和伽莫夫兩位研究者都曾對宇宙的發展歷程產生過許多想法。

然而,直到1931年,比利時的物理學家萊姆特尼克發現,他在對宇宙中不同方向的星系的運動速度進行研究時,發現了一項驚人的事實,那就是所有的星系都以一個極高的速度遠離地球運動著。

這使他認為,宇宙不可能一直以這種狀態存在下去,而是從一個「統一的狀態」開始的,當這個「統一的狀態」破碎時,才有了現在這種狀態。

這就像是一個爆炸的結果,所以,萊姆特尼克便將他的這一研究結果稱為「爆發的宇宙」。

此後,這一說法逐漸為人們所接受,並且有一部份人還將它的名字取為「大霹靂」。

而萊姆特尼克所說的「統一的初始狀態」就是如今流傳非常廣的「奇異點」概念。

時至今日,我們已經確定了大霹靂後宇宙的發展歷程,但是就宇宙的起源,人們至今仍然沒有確定能夠公認的觀點。

即使大霹靂說流傳至今,仍被很多人支持,但是人們仍無法確切地說清宇宙是如何產生的,更不用說對宇宙的命運做出確切的預測。

在這種情況下,一名物理學家想要提出一種和大霹靂說不同的新的宇宙觀是完全可以理解的,這正是潘洛斯的動力之一。

受生於1931年的英國物理學家羅傑·潘洛斯研究物理的影響,潘洛斯在80年代提出了新的觀點。

潘洛斯在他的論文中提出了一種基於阿貝爾規則的定理,這個新定理是他在深入研究廣義相對論和黑洞物理的基礎上提出的。

潘洛斯發現,要是能夠把一個無限膨脹的宇宙的空間進行對映,那麽宇宙就會變得有限,這就帶來了無限變有限的契機。

因此,潘洛斯便將無限膨脹的宇宙和有限對映出來的宇宙進行對比研究,最終得出結論稱:無限的宇宙是有限的宇宙的變形,而無限的宇宙正是放射線的宇宙。

換言之,無限膨脹的宇宙就像是一個巨大的球,而有限的宇宙則像是一個柱面,球比柱面更容易變成一個圓環,這就像無限膨脹的宇宙變為了有限的宇宙。

萊姆特尼克和其他科學家發現的宇宙無限膨脹的現象,正是這個圓環結構的宇宙表現在人們的面前。

透過對放射線宇宙的觀察,潘洛斯認為,表現在人們眼前的這個宇宙可能正是在一個巨大的共形迴圈中運動的,而這個巨大的迴圈周期大概需要傾向於1000億年的時間。

這就意味著,潘洛斯認為大霹靂並不是時間和空間的起點,而是上一個宇宙周期的終結,同時也是新宇宙周期的開始。

潘洛斯相信每一個宇宙的起點都是一個對映出來的「大霹靂」,而每一個宇宙周期的終點則是每一個在宇宙中產生的黑洞。

黑洞,被潘洛斯稱為是每一個宇宙周期結束的標誌,是因為他在自己的研究中發現,無論從什麽方向觀察,黑洞都是球形的。

潘洛斯認為這個球形的黑洞正是對映出來的宇宙的一個特征,當一個黑洞產生時,它將會逐漸迸發出名為「漢辛光」的光芒,隨後,黑洞的存在也將會慢慢減弱,最終消失不見。

這一過程就像是無限膨脹的宇宙在變成有限的宇宙的過程,因此,潘洛斯認為黑洞本身就是一種宇宙生成的現象,它產生和消失都是一個宇宙周期結束和開始的標誌。

潘洛斯對「奇異點」說也做出了新的解釋,他認為現在的宇宙狀況,也就是宇宙中存在的一切,正是上一個宇宙周期中黑洞和宇宙最終消失前的結果。

而之所以無法觀測到宇宙的終結狀態,是因為黑洞在產生「漢辛光」期間所形成的微波會籠罩宇宙,導致人們無法觀測到宇宙的終結狀態,因此,宇宙的奇異點並不是宇宙的起點,而是宇宙前進演化中的一個階段。

潘洛斯的觀點與傳統宇宙觀的差異。

潘洛斯的這一宇宙觀和以往大霹靂的宇宙觀有很大的不同,大霹靂說認為宇宙永遠在無限膨脹,在無限膨脹的同時宇宙會變得無窮大,然後在10的40次方年後,宇宙將會變成一個由於萬物溫度趨於接近而消失不見的狀態。

而潘洛斯的觀點認為,宇宙是在一個有限的周期中永恒的運動著的,每一個宇宙周期將會經歷7個階段,最後回到宇宙產生黑洞,從而產生新的宇宙周期。

在潘洛斯的宇宙迴圈中,大霹靂不再是時間和空間的起點,而是被黑洞取代這一觀點讓人們重新思考了時間和空間的本質。

在過去的觀點中,大霹靂是宇宙從無到有的起點,在宇宙「爆炸」後,時間和空間產生,萬物隨著時間的推移不斷變化,最終將無法承受膨脹到無限大的宇宙,從而宇宙走向了滅亡。

這是一個非常恐怖的未來,而在潘洛斯的觀點中,每一個宇宙的產生都代表著一個新的開始,宇宙並不會因為無限膨脹而滅亡。

黑洞雖然屬於宇宙的淪陷,但是黑洞消失後新的宇宙就會產生,無論經歷怎樣的迴圈,宇宙都會永存不滅。

潘洛斯的觀點也為人類理解宇宙的奧秘開拓了一個新的領域,挑戰了傳統的宇宙觀,同時也為我們探索宇宙的未來和人類在宇宙中的地位提供了思考和靈感。

共形迴圈的啟示。

盡管潘洛斯的觀點激進又有創新,但是它的確還有一些問題亟待解決。

例如,如果我們的宇宙是從另一個宇宙產生的,那麽產生宇宙的機制又是什麽呢?

潘洛斯的觀點雖然提出了黑洞,但是仍然缺乏一個明確的機制,這將成為下一步研究宇宙迴圈的重點方向。

此外,我們的觀測目前還沒有辦法觀測超過137億年的宇宙,更不用說遠超過人類壽命的1000億年的周期了,因此,如果我們希望驗證潘洛斯的觀點,就必須找到一種嶄新的觀測手段,這將需要更多的科學家投入到這一領域的研究中。

然而,盡管潘洛斯的觀點需要進一步的證實和研究,但是它激發了人們對宇宙迴圈的想象,這正是其價值所在。

對於宇宙迴圈的探索可能會讓我們認識到現有宇宙學理論的局限性,開辟出新的研究方向和領域,為人類認識宇宙奠定更寬廣的視野。

同時,對宇宙迴圈的探索可能還將有助於我們重新審視時間和空間的本質,以及人類在這個宇宙中的角色和意義。

當宇宙能夠從無限的膨脹中走出來,真正進入一個有限而永恒的迴圈時,時間將不再是我們所認知的單向的流逝,它將成為一個永遠變幻著、永遠不變的永恒之流,它的奧秘將會甚至可能超越人類的想象。

因此,潘洛斯的觀點或許將會是我們重塑宇宙觀念,重新認識宇宙本質的一個關鍵,正如他所言:「這既是永恒的結束,也是永恒的春天。」

結語

無論是大霹靂說,還是共形迴圈說,這些宇宙觀的產生,都是人們在探索宇宙的道路上不斷進行思考和總結的結果。

正如牛頓的經典物理學觀念在相對論中出現了破裂一樣,相對論在宇宙學中也出現了新的問題,我們可能更需要的是開放的心態和新的思考觀念,而不是只是守著一成不變的知識在反對觀點。

這樣一來,才能真正認識到自己的局限性,打破傳統宇宙觀的束縛,從而帶來更廣泛的認識。

因此,我們應該秉承著一種新的思考方向,對潘洛斯的觀點進行開放的探討,從中汲取到更多認識宇宙的科學知識,這是潘洛斯的一項偉大的工作。