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科學家表明,宇宙需要大爆炸

2024-08-21科學

來源:科技眼

沒有真正的替代方案

在解釋宇宙時,大爆炸是一個非常堅實的理論,但是當我們試圖理解宇宙的一瞬間時,我們所有的物理學都會崩潰。

目前,關於宇宙起源的普遍理論仍然是大爆炸理論。然而,已經有嘗試證明宇宙可能以一些簡單的方式來實作的理論。八十年代提出了兩個著名的假設來解決大爆炸。宇宙學家占士·哈特爾(James Hartle)和史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的「無界提案」,它基於量子力學分析,即宇宙沒有開始。

另一個提出的想法試圖解決無限密度問題。宇宙起源於奇異點中的有限物質。根據相對論,一個零體積的單點,這是打破理論的原因之一。為了解決這個問題,亞歷山大·維倫金(Alexander Vilenkin)提出了一個「隧道提案」,他采用量子隧道的原理來解釋有限密度如何創造我們的宇宙。

這兩個想法要求宇宙平滑穩定,沒有戲劇性的跳躍存在。正如我們所知,物理學在我們所謂的大爆炸之前和之後都在工作。但是,盡管他們解釋了開始,但長期來看是會崩潰的。

波茨坦的馬克斯·普朗克重力物理研究所和加拿大的圓周理論物理研究所的新研究表明,沒有可能的方式來繞過大爆炸理論--至少目前還沒有。

根據普朗克衛星任務的數據,我們知道宇宙是由大約138億年前的一顆高溫稠密「粒子湯」組成的。從那時候起,他開始擴大,目前仍然實在擴大。這種宇宙起源的理論被稱為熱大爆炸理論。我們知道宇宙可能是什麽時候開始的,但宇宙學家仍然無法描述這個所謂的大爆炸的第一階段是什麽樣的。根據愛因斯坦的相對論,這樣一個爆炸中的能量密度和時空曲率將變得無窮大,這是一個難以維持的壯舉。

因此,提出了「無界」和「隧道」提案作為替代方案。他們認為,在其原始狀態的宇宙是有限的,並且透過量子隧道產生。這就是所謂的平滑宇宙起源理論。然而,由Jean-Luc Lehners領導的團隊計算了這兩個提案的含義,並意識到這些並不是「大爆炸」的真正替代品。

依然神秘

Lehners和他的同事套用海森堡的不確定性原理作為數學模型,來驗證「無界」和「隧道」的提案。他們意識到,這些模型顯示出既平滑又不規則,更多皺巴巴的宇宙理論上可以從「隧道」中產生。此外,宇宙越不規則和皺縮,這種隧道越有可能變得越來越多。一個平穩的開始實際上阻止了我們所知道的宇宙的發展。

Lehners說:「因此,‘無界提案’並不意味著我們所居住的宇宙是一個大的宇宙,而是一個微小的彎曲的宇宙,它會立即崩塌。」因此,盡管有不規範之處,但大爆炸理論並不能被輕易忽視。

不過,lehners隊並沒有放棄試圖理解它。現在,他們將試圖找出這些大量子波動所允許的機制是什麽,以及是什麽使它們們在相當極端的條件下受到遏制。

但不管極端與否,正是這些條件使得宇宙得以發展成今天的樣子。似乎我們越是試圖找出宇宙本身的起源,就越感到困惑和迷惑,甚至推動了目前科學上可能存在的極限。但現在看來,宇宙大爆炸理論似乎仍需要保留在這裏。