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宇宙的轮回,每1000亿年一切重来?

2024-08-07科学

导语

在20世纪,人类对宇宙进行了深入地探索和研究,布满了无数人类探索的星空。

在星空中,我们每天都能看到漫天的星辰,这些都是宇宙中不可或缺的一部分,无限延伸的宇宙,让人们总是感到它包含了几乎所有的事物。

人类对宇宙中的一切都充满了好奇和热情,希望通过自己的努力揭开宇宙的神秘面纱。

然而,伴随着探索的不断深入,一些研究者们意识到了宇宙中存在一些不同寻常的现象。

在这期间,一些被认为是无比巨大的现象被发现,并且将它们的运动、形态等进行了精细的研究,并且提出了各种宇宙论,其中就包括了我们所熟悉的「大爆炸」说与「无边无垠的宇宙」说。

在这两种流传广泛的宇宙观中,一种认为宇宙是从一个由于某种原因突然「爆炸」的状态中产生的,而另一种是认为宇宙是无限膨胀的,永远在扩张的。

然而,英国的一名物理学家却提出了与这两种流传较广的宇宙观都不完全相同的新观点,他认为:宇宙可能是在一个由大到小的巨大周期中循环的,每一次宇宙都是在上一代宇宙毁灭后产生的。

这名物理学家叫做罗杰·彭罗斯,他的这一观点被称作「共形循环宇宙」(CCC),它和传统的宇宙观中宇宙永远在膨胀,最终将因为宇宙膨胀到无法承受而毁灭的观点是不同的。

那么,彭罗斯是如何得出这一观点的呢?

「共形循环」和「大爆炸」观点之间又有哪些差异呢?

「大爆炸」观点与「共形循环」观点的差异

在相对论诞生后,对于宇宙从何而来就成了一个热点议题,爱因斯坦和伽莫夫两位研究者都曾对宇宙的发展历程产生过许多想法。

然而,直到1931年,比利时的物理学家莱姆特尼克发现,他在对宇宙中不同方向的星系的运动速度进行研究时,发现了一项惊人的事实,那就是所有的星系都以一个极高的速度远离地球运动着。

这使他认为,宇宙不可能一直以这种状态存在下去,而是从一个「统一的状态」开始的,当这个「统一的状态」破碎时,才有了现在这种状态。

这就像是一个爆炸的结果,所以,莱姆特尼克便将他的这一研究结果称为「爆发的宇宙」。

此后,这一说法逐渐为人们所接受,并且有一部分人还将它的名字取为「大爆炸」。

而莱姆特尼克所说的「统一的初始状态」就是如今流传非常广的「奇点」概念。

时至今日,我们已经确定了大爆炸后宇宙的发展历程,但是就宇宙的起源,人们至今仍然没有确定能够公认的观点。

即使大爆炸说流传至今,仍被很多人支持,但是人们仍无法确切地说清宇宙是如何产生的,更不用说对宇宙的命运做出确切的预测。

在这种情况下,一名物理学家想要提出一种和大爆炸说不同的新的宇宙观是完全可以理解的,这正是彭罗斯的动力之一。

受生于1931年的英国物理学家罗杰·彭罗斯研究物理的影响,彭罗斯在80年代提出了新的观点。

彭罗斯在他的论文中提出了一种基于阿贝尔规则的定理,这个新定理是他在深入研究广义相对论和黑洞物理的基础上提出的。

彭罗斯发现,要是能够把一个无限膨胀的宇宙的空间进行映射,那么宇宙就会变得有限,这就带来了无限变有限的契机。

因此,彭罗斯便将无限膨胀的宇宙和有限映射出来的宇宙进行对比研究,最终得出结论称:无限的宇宙是有限的宇宙的变形,而无限的宇宙正是辐射的宇宙。

换言之,无限膨胀的宇宙就像是一个巨大的球,而有限的宇宙则像是一个柱面,球比柱面更容易变成一个圆环,这就像无限膨胀的宇宙变为了有限的宇宙。

莱姆特尼克和其他科学家发现的宇宙无限膨胀的现象,正是这个圆环结构的宇宙表现在人们的面前。

通过对辐射宇宙的观察,彭罗斯认为,表现在人们眼前的这个宇宙可能正是在一个巨大的共形循环中运动的,而这个巨大的循环周期大概需要倾向于1000亿年的时间。

这就意味着,彭罗斯认为大爆炸并不是时间和空间的起点,而是上一个宇宙周期的终结,同时也是新宇宙周期的开始。

彭罗斯相信每一个宇宙的起点都是一个映射出来的「大爆炸」,而每一个宇宙周期的终点则是每一个在宇宙中产生的黑洞。

黑洞,被彭罗斯称为是每一个宇宙周期结束的标志,是因为他在自己的研究中发现,无论从什么方向观察,黑洞都是球形的。

彭罗斯认为这个球形的黑洞正是映射出来的宇宙的一个特征,当一个黑洞产生时,它将会逐渐迸发出名为「汉辛光」的光芒,随后,黑洞的存在也将会慢慢减弱,最终消失不见。

这一过程就像是无限膨胀的宇宙在变成有限的宇宙的过程,因此,彭罗斯认为黑洞本身就是一种宇宙生成的现象,它产生和消失都是一个宇宙周期结束和开始的标志。

彭罗斯对「奇点」说也做出了新的解释,他认为现在的宇宙状况,也就是宇宙中存在的一切,正是上一个宇宙周期中黑洞和宇宙最终消失前的结果。

而之所以无法观测到宇宙的终结状态,是因为黑洞在产生「汉辛光」期间所形成的微波会笼罩宇宙,导致人们无法观测到宇宙的终结状态,因此,宇宙的奇点并不是宇宙的起点,而是宇宙进化中的一个阶段。

彭罗斯的观点与传统宇宙观的差异。

彭罗斯的这一宇宙观和以往大爆炸的宇宙观有很大的不同,大爆炸说认为宇宙永远在无限膨胀,在无限膨胀的同时宇宙会变得无穷大,然后在10的40次方年后,宇宙将会变成一个由于万物温度趋于接近而消失不见的状态。

而彭罗斯的观点认为,宇宙是在一个有限的周期中永恒的运动着的,每一个宇宙周期将会经历7个阶段,最后回到宇宙产生黑洞,从而产生新的宇宙周期。

在彭罗斯的宇宙循环中,大爆炸不再是时间和空间的起点,而是被黑洞取代这一观点让人们重新思考了时间和空间的本质。

在过去的观点中,大爆炸是宇宙从无到有的起点,在宇宙「爆炸」后,时间和空间产生,万物随着时间的推移不断变化,最终将无法承受膨胀到无限大的宇宙,从而宇宙走向了灭亡。

这是一个非常恐怖的未来,而在彭罗斯的观点中,每一个宇宙的产生都代表着一个新的开始,宇宙并不会因为无限膨胀而灭亡。

黑洞虽然属于宇宙的毁灭,但是黑洞消失后新的宇宙就会产生,无论经历怎样的循环,宇宙都会永存不灭。

彭罗斯的观点也为人类理解宇宙的奥秘开拓了一个新的领域,挑战了传统的宇宙观,同时也为我们探索宇宙的未来和人类在宇宙中的地位提供了思考和灵感。

共形循环的启示。

尽管彭罗斯的观点激进又有创新,但是它的确还有一些问题亟待解决。

例如,如果我们的宇宙是从另一个宇宙产生的,那么产生宇宙的机制又是什么呢?

彭罗斯的观点虽然提出了黑洞,但是仍然缺乏一个明确的机制,这将成为下一步研究宇宙循环的重点方向。

此外,我们的观测目前还没有办法观测超过137亿年的宇宙,更不用说远超过人类寿命的1000亿年的周期了,因此,如果我们希望验证彭罗斯的观点,就必须找到一种崭新的观测手段,这将需要更多的科学家投入到这一领域的研究中。

然而,尽管彭罗斯的观点需要进一步的证实和研究,但是它激发了人们对宇宙循环的想象,这正是其价值所在。

对于宇宙循环的探索可能会让我们认识到现有宇宙学理论的局限性,开辟出新的研究方向和领域,为人类认识宇宙奠定更宽广的视野。

同时,对宇宙循环的探索可能还将有助于我们重新审视时间和空间的本质,以及人类在这个宇宙中的角色和意义。

当宇宙能够从无限的膨胀中走出来,真正进入一个有限而永恒的循环时,时间将不再是我们所认知的单向的流逝,它将成为一个永远变幻着、永远不变的永恒之流,它的奥秘将会甚至可能超越人类的想象。

因此,彭罗斯的观点或许将会是我们重塑宇宙观念,重新认识宇宙本质的一个关键,正如他所言:「这既是永恒的结束,也是永恒的春天。」

结语

无论是大爆炸说,还是共形循环说,这些宇宙观的产生,都是人们在探索宇宙的道路上不断进行思考和总结的结果。

正如牛顿的经典物理学观念在相对论中出现了破裂一样,相对论在宇宙学中也出现了新的问题,我们可能更需要的是开放的心态和新的思考观念,而不是只是守着一成不变的知识在反对观点。

这样一来,才能真正认识到自己的局限性,打破传统宇宙观的束缚,从而带来更广泛的认识。

因此,我们应该秉承着一种新的思考方向,对彭罗斯的观点进行开放的探讨,从中汲取到更多认识宇宙的科学知识,这是彭罗斯的一项伟大的工作。