《宇宙之初：從大爆炸到共循環(huán)宇宙論》

宇宙是什么？對(duì)人類而言，宇宙就是 “一切”，它是所有時(shí)間與空間的總和，其中的物質(zhì)和能量都屬于宇宙。如今的理論認(rèn)為，宇宙誕生于 138.2 億年前的一場(chǎng)大爆炸。在大爆炸之前，既沒有時(shí)間也沒有空間，只有一個(gè) “奇點(diǎn)”，這個(gè)奇點(diǎn)無(wú)窮小、密度無(wú)窮大、熱量無(wú)限高，它的爆炸創(chuàng)造出了整個(gè)宇宙。

大爆炸宇宙論指出，早期宇宙的熱量和物質(zhì)密度比現(xiàn)在高。隨著宇宙膨脹，溫度降低，聚集的物質(zhì)逐漸分離。氫元素在引力作用下與氦元素組成恒星，恒星內(nèi)部開始核聚變，產(chǎn)生更重的元素。恒星內(nèi)部核聚變到鐵元素出現(xiàn)后會(huì)逐漸停止，但恒星后續(xù)的演化還會(huì)產(chǎn)生其他更重元素。

人類身體中的大部分化學(xué)元素都是在恒星中形成的，甚至比太陽(yáng)系更古老。

大爆炸理論很長(zhǎng)時(shí)間不被科學(xué)家認(rèn)可。當(dāng)時(shí)多數(shù)科學(xué)家一開始認(rèn)為宇宙是永恒存在的，愛因斯坦就是如此，直到哈勃證明宇宙在膨脹，他才愿意相信宇宙源于一場(chǎng)大爆炸。

這是因?yàn)樽诮膛c科學(xué)對(duì)立。幾乎所有宗教都認(rèn)為宇宙是神在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)創(chuàng)造的。若宇宙源于大爆炸，很難解釋大爆炸的起源，還會(huì)引發(fā)更多問(wèn)題，不如認(rèn)為宇宙永恒存在。當(dāng)時(shí)主流觀點(diǎn)是推翻宗教思想的束縛，大爆炸理論和神學(xué)中上帝創(chuàng)造宇宙的觀點(diǎn)相似，所以最初不被認(rèn)可。愛因斯坦在計(jì)算時(shí)早就發(fā)現(xiàn)宇宙不是穩(wěn)定永恒的，但他不愿相信這種宇宙觀，便創(chuàng)造出宇宙學(xué)常數(shù)來(lái)維持靜態(tài)宇宙的計(jì)算結(jié)果。

宇宙大爆炸理論基于兩個(gè)假設(shè)：一是物理定律的普適性；二是宇宙學(xué)原理的正確性。

科學(xué)已證明，自宇宙誕生后物理學(xué)精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)幾乎不變，這表明自宇宙誕生起物理學(xué)定律未變，人類的物理定律在宇宙大部分地方適用，除了黑洞附近和小于普朗克尺度時(shí)。宇宙學(xué)原理指宇宙大尺度物質(zhì)分布均勻，從大尺度物質(zhì)分布看整個(gè)宇宙各向同性。目前宇宙微波背景輻射證明宇宙學(xué)原理成立，若能觀察整個(gè)宇宙，會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙不同區(qū)域物質(zhì)分布均勻，各部分無(wú)差別。

1929 年，埃德溫?哈勃觀察宇宙時(shí)發(fā)現(xiàn)有趣現(xiàn)象：距離地球遠(yuǎn)的星系在遠(yuǎn)離我們，近的星系在靠近我們，距離越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離速度越快，這表明宇宙在不斷膨脹。這個(gè)現(xiàn)象證明宇宙不是靜止的而是運(yùn)動(dòng)的，哈勃定律成為宇宙大爆炸理論的有力證據(jù)，大爆炸理論才被科學(xué)家重視，隨著量子力學(xué)發(fā)展和其他科學(xué)家努力，大爆炸宇宙模型逐漸完善。

結(jié)合量子力學(xué)和相對(duì)論，我們能較清晰描述宇宙大爆炸后的事情，但對(duì)大爆炸之前的事一無(wú)所知，現(xiàn)在物理學(xué)對(duì)大爆炸之前的事避而不談，認(rèn)為奇點(diǎn)誕生和爆炸是宇宙誕生的必然過(guò)程。

一個(gè)遺憾的問(wèn)題出現(xiàn)了：宇宙大爆炸之前有什么？

著名物理學(xué)家羅杰?彭羅斯提出一個(gè)觀點(diǎn)：宇宙在不斷 “循環(huán)”。

彭羅斯不僅是物理學(xué)家，還是諾獎(jiǎng)得主，他的多數(shù)研究與數(shù)學(xué)有關(guān)，現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)框架是他和霍金共同構(gòu)建的，他對(duì)黑洞演化的研究也是廣義相對(duì)論的有力證據(jù)之一，因此他獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

他提出 “共形循環(huán)宇宙論”，還發(fā)表論文支持該理論，在個(gè)人著作中也多次闡述。在論文中他稱找到 30 多個(gè) “霍金點(diǎn)”，若這些 “霍金點(diǎn)” 被證實(shí)存在，將是共循環(huán)宇宙論的證據(jù)之一。

若共循環(huán)宇宙論被證實(shí)，我們對(duì)宇宙起源的看法將被顛覆。這個(gè)理論認(rèn)為我們的宇宙不是從虛無(wú)中誕生，而是從上一個(gè)死亡的宇宙中產(chǎn)生，宇宙在不斷 “循環(huán)”，就像恒星，老恒星死亡促使新恒星誕生，我們的宇宙也是在上一個(gè)宇宙死亡后誕生的。

為什么會(huì)有這種觀點(diǎn)呢？首先，宇宙有 “起點(diǎn)” 即大爆炸，那很可能有 “結(jié)局”，因?yàn)橛钪娌豢赡苡肋h(yuǎn)膨脹。未來(lái)某天宇宙會(huì)膨脹到極限，發(fā)生 “大撕裂” 或 “大收縮”。“大撕裂” 是宇宙空間膨脹到一定程度后被撕裂，“大收縮” 是膨脹到一定程度無(wú)法膨脹而向內(nèi)收縮成為奇點(diǎn)。

彭羅斯認(rèn)為，舊宇宙會(huì)在新宇宙中留下證據(jù)，這個(gè)證據(jù)就是 “霍金點(diǎn)”。“霍金點(diǎn)” 是黑洞蒸發(fā)死亡后留下的痕跡。這基于霍金提出的 “霍金輻射”，在該理論中黑洞也不能永恒存在。雖然物質(zhì)和信息進(jìn)入黑洞后無(wú)法離開，但黑洞會(huì)根據(jù)量子力學(xué)不斷丟失質(zhì)量，若沒有外來(lái)物質(zhì)進(jìn)入，黑洞會(huì)在漫長(zhǎng)時(shí)間后完全 “蒸發(fā)”，最后劇烈爆炸，先前被吸入物質(zhì)的信息會(huì)在爆炸中重返宇宙，不違反信息守恒。

黑洞蒸發(fā)后留下的痕跡就是 “霍金點(diǎn)”，彭羅斯認(rèn)為上一個(gè)宇宙中超大質(zhì)量黑洞完全蒸發(fā)后的痕跡會(huì)留在我們的宇宙，他在宇宙微波背景圖中找到約 30 個(gè) “霍金點(diǎn)”，他希望證實(shí)這些 “霍金點(diǎn)” 的真實(shí)性來(lái)證實(shí)他的 “共循環(huán)宇宙論”。

超大質(zhì)量黑洞完全蒸發(fā)需要極長(zhǎng)的時(shí)間，共循環(huán)宇宙論基于熱力學(xué)第二定律適用于整個(gè)宇宙，宇宙不斷 “熵增”，未來(lái)宇宙有序度會(huì)越來(lái)越低，最終在引力作用下形成多個(gè)超大質(zhì)量黑洞，它們相互碰撞使宇宙坍塌收縮，新宇宙出現(xiàn)，這些黑洞留下痕跡變成 “霍金點(diǎn)”。

彭羅斯認(rèn)為他找到的 “霍金點(diǎn)” 是支持共循環(huán)宇宙的證據(jù)，我們的宇宙或許真的永恒存在，沒有開端和結(jié)局，只是不斷重復(fù)，不斷誕生又消失。

其實(shí)人類現(xiàn)有的物理理論還不完善，大爆炸理論和共循環(huán)宇宙論都有無(wú)法解釋的問(wèn)題。因?yàn)槿祟惪萍妓接邢?，很多理論需人類進(jìn)入宇宙才能證實(shí)，比如彭羅斯提出的 “霍金點(diǎn)”，若人類能近距離觀察就能證實(shí)該理論，但人類科技有限，還需長(zhǎng)時(shí)間積累，未來(lái)才能證實(shí)這些顛覆性理論。