天主教会曾因伽利略大胆宣称地球绕太阳公转而将他软禁，因此它不以轻易接受新科学思想而闻名。所以，当教皇庇护十二世在1951年宣布批准一项全新的宇宙学理论——大爆炸时，这令人感到惊讶。吸引教皇的正是最初让科学家们警惕的原因：该理论认为宇宙有一个开端，时间和空间都从虚无中跃出。这似乎证实了《创世记》的前几句话。
最终，当天文学家们发现大爆炸的证据变得强大到无法忽视时，他们也跟随了教皇的脚步。他们接受了这样的观点：整个可观测宇宙——1000亿个星系，每个星系都包含1000亿颗恒星，向各个方向延伸超过100亿光年——曾经被压缩到一个比单个电子小得多的空间中。他们相信宇宙精确地在137亿年前爆发并开始存在，此后一直在膨胀。但即使是现在，许多天体物理学家仍然对大爆炸标志着时间本身的开端这一含义感到不安。而且，该理论尚未对一个关键问题给出令人满意的答案：是什么让大爆炸“砰”地一声爆发？
宇宙学家保罗·施泰因哈特和尼尔·图罗克有一个激进的想法，可以消除这些谜团。他们认为宇宙从未被压缩成一个点，也没有在剧烈的瞬间爆发。相反，我们所知的宇宙是更大宇宙的一小部分横截面，其真实规模隐藏在我们无法感知的维度中。他们认为，我们所认为的大爆炸，是我们的三维世界与另一个三维世界之间碰撞的结果，这两个世界相距不到一个质子的宽度——就在我们旁边，却以一种使其隐形的方式存在。此外，他们说大爆炸只是宇宙碰撞循环中的最新一次，这个循环无限地延伸到过去和未来。每一次碰撞都会重新创造宇宙。我们宇宙137亿年的历史只是这无限时间中的一个瞬间。
新模型中隐藏的维度和碰撞的世界是超弦理论的产物，超弦理论是基础物理学中日益流行的概念。科学家们目前依靠两种相互不兼容的理论——相对论和量子力学——分别描述宇宙中最巨大的物体和亚原子粒子。近一个世纪以来，理论家们一直试图提出一个单一的模型和一套单一的方程，将这两种物理学观点融合起来。超弦理论正是一个不断发展的尝试，旨在在一个框架内解释物质、能量、时空和自然界的基本力。
弦理论极其复杂。为了使其成立，理论家们必须假设空间不仅仅是三维的，就像我们渺小的人类感官所感知的那样，而是具有多达10个空间维度。就像挂在晾衣绳上的床单看起来是一个悬浮在三维世界中的二维物体一样，所有的时空都将悬浮在更高阶的空间中。为了保持这种二维类比，弦理论家将我们可观测的宇宙描述为一个在实际的10维宇宙风中飘扬的膜——简称“膜”。
物理学家们才刚刚开始探索超弦理论的重大影响。1998年，宾夕法尼亚大学的伯特·奥夫鲁特在英国剑桥牛顿数学科学研究所举行的一次宇宙学会议上，正在做着同样的事情。他问道：如果我们生活在一个在多维空间中漂浮的膜上，为什么不应该有其他类似的膜漂浮在那里呢？理论中没有任何东西排除这种可能性。如果存在其他膜，它们可能会相互作用。奥夫鲁特在他的演讲中提出，考虑它们如果相互作用会发生什么，那将是令人着迷的。
这个想法引起了普林斯顿大学教授施泰因哈特的兴趣，他当时正坐在听众席中。施泰因哈特猜测，如果膜之间的相互作用是一次碰撞，考虑到每个膜中巨大的物质和能量，它将引发一次极其强大的反应。事实上，这次碰撞会释放出如此多的能量，以至于可能与他已经非常熟悉的一种能量释放相媲美：大爆炸。
与此同时，剑桥大学教授图罗克也坐在同一个听众席中，产生了类似的想法。讲座结束后，两人都走近奥夫鲁特讨论他们的想法。图罗克说：“很明显，膜的碰撞将是一个戏剧性的事件。人们以前曾从数学角度谈论过它，但没有人把它当作一个真实的物理过程来思考。”
施泰因哈特、图罗克和奥夫鲁特，以及施泰因哈特的研究生贾斯汀·库里，决定研究碰撞的膜可能对宇宙学产生什么影响。他们不仅仅是出于闲散的好奇心。特别是施泰因哈特，对传统的大爆炸模型越来越失望。问题不仅在于该理论要求时间和空间有一个开端，还在于宇宙学家们越是试图完善他们的模型，它似乎就越混乱。
最初的大爆炸模型很简单：一个炽热致密的能量团爆发，凝结成物质，并不断膨胀。但到了20世纪80年代，天体物理学家们接受了一种更复杂的大爆炸阐述，称为暴胀。
具有讽刺意味的是，开发这个想法的理论家之一就是施泰因哈特。暴胀理论假设，在宇宙诞生后的万亿分之一秒的亿分之一的亿分之一秒内，宇宙像被涡轮增压一样膨胀，膨胀速度远远超过光速，然后才以更缓慢的速度增长。
要发生这种情况，唯一的解释就是新生的宇宙中存在着某种不可思议的能量源，并将其撕裂。然而，我们今天在宇宙中看不到类似的东西，所以宇宙学家不得不假设这种强大的能量场只在大爆炸之后存在了极短的时间，然后就消失了。
凭空捏造新的、未知的能量场，这既违背了常识，也违背了最受珍视的科学教义之一。奥卡姆剃刀原理指出，对自然现象最简单的解释通常是正确的。也许最著名的例子是托勒密的地心宇宙学，它在西方科学中占据了1000年。
当托勒密理论家发现行星似乎没有以简单的模式绕地球运动时，他们添加了本轮——在大的轨道圆周上叠加的小圆形运动。更仔细的观察表明，这也不能完全解释观测结果，所以理论家们在本轮上又添加了本轮，直到模型能够起作用。最终的结果也变得非常复杂。后来哥白尼提出了以太阳为中心的宇宙学思想，约翰内斯·开普勒意识到行星实际上是以椭圆轨道运动的。突然之间，行星运动在没有本轮的复杂性下变得有意义，旧理论被抛弃了。
通货膨胀似乎是一种必要的复杂性。没有它，宇宙看起来会非常不同——例如，宇宙一侧的星系分布与另一侧的星系分布不同，而实际上它们似乎并没有这种差异。然而，随着通货膨胀理论的流行，一些宇宙学家开始抱怨本轮。然后大爆炸变得更加复杂。
大约五年前开始，天文学家测量宇宙膨胀率时发现，在大爆炸发生数十亿年后——在暴胀早已消失很久之后——宇宙膨胀再次加速。理论家们援引了另一种未知的能量场，称为暗能量，来解释这种宇宙加速。施泰因哈特说：“这根本没有被预测到。我们可以将其纳入模型，但我们不知道这种所谓的暗能量是什么。标准模型无疑随着时间的推移变得越来越复杂。它可能仍然有效，但我们不得不不断添加东西是一个不好的信号。”
天文证据清楚地表明，可观测宇宙在过去137亿年里一直在膨胀。在暴胀大爆炸模型中，宇宙在开始时是炽热而致密的，然后立即经历了一个超膨胀时期。施泰因哈特和他的同事们考虑了一种截然不同的可能性：如果宇宙实际上是从寒冷而空虚的状态开始的呢？
如果是这样的话，隐藏维度中膜碰撞的观点可能为持续膨胀提供一个更简单的解释。为了弄清这个想法是否合理，两人承担了掌握超弦理论方程并将其应用于他们的理论的艰巨任务。
为了简化起见，研究人员假设膜是平坦且相互平行的。他们还假设膜不包含任何物质。这并不意味着膜是虚空：量子理论断言，即使是空荡荡的宇宙中的完全真空也充满了“虚拟”亚原子粒子，它们不断地出现和消失。总的来说，这些虚拟粒子累积起来就构成了巨大的潜在能量——根据爱因斯坦的狭义相对论，这相当于惊人的质量。因此，两个空膜之间的碰撞仍然是一次巨大规模的碰撞。
这正是第一批恒星点燃和第一批星系形成之前的宇宙景象。我们之所以知道这一点，是因为2001年发射的威尔金森微波各向异性探测器 (WMAP) 最近揭示了宇宙早期遗留热量中冷热点的模式。在大爆炸/暴胀模型中，热点是由被暴胀能量场放大的量子噪声产生的。图罗克说：“令我们非常惊讶的是，在进行了这些巨大而复杂的计算之后，我们发现碰撞的膜会产生完全相同的温度波动模式。”
施泰因哈特说：“它以这种方式呈现出来，对我们来说简直是奇迹。”这个新想法被命名为“火劫宇宙”（ekpyrotic universe）。“Ekpyrosis”在希腊语中意为“大火”，指的是古斯多葛学派的一个宇宙学模型，其中宇宙被困在一个永恒的循环中：经历炽热的诞生、冷却和重生。
研究团队随后将注意力转向碰撞后膜中会发生什么。计算表明，碰撞会在每个膜内产生一个宇宙范围的纯能量火球。爆炸会将两个膜再次推开。然后，当弥漫在我们膜中的火球开始冷却时，其底层能量将经历一个相变，就像水冻结成冰一样。这种转变将释放一种力，使宇宙开始膨胀。火球的热点将凝结成物质团块，最终形成星系团。冷点将成为星系团之间的空虚区域。
这个理论与我们现在宇宙中所能看到的一致。火劫模型导出的情景与大爆炸的火球非常相似，但没有暴胀阶段。从一开始，宇宙只经历了一种加速膨胀的力。这种力今天仍在起作用，这意味着宇宙非但没有停止膨胀，反而比十亿年前膨胀得更快，并且在十亿年后还会膨胀得更快。简而言之，这种力也能解释天文学家最近命名的神秘力量——暗能量。
施泰因哈特和图罗克的进一步计算表明，我们正处于一个漫长过程的开端，这个过程最终将导致一个看起来空无一物的宇宙。万亿年之后，物质将如此广泛地扩散开来，以至于它的平均密度将远小于每千万亿立方光年空间中单个电子的密度。这个密度已经非常接近零，以至于没有实际意义上的区别。
同样，这个情景与传统大爆炸宇宙学的预测不谋而合，只是在施泰因哈特和图罗克提出的模型中，故事并没有就此结束。在遥远的未来，另一个三维世界仍然潜伏在附近，在与我们的世界相遇之后同样变得空无一物，对我们来说是看不见也感知不到的。尽管它们在碰撞后弹开，但两个膜将相互施加一种类似于引力的力，并最终在另一次碰撞中相遇，引发另一次大爆炸。这种碰撞的循环将是永恒的。
施泰因哈特说：“循环宇宙模型在20世纪20年代和30年代很流行。但它们是基于大爆炸之后是大挤压，再之后是另一次大爆炸的观念。”在这些模型中，同样的物质被无限循环，因此宇宙的熵——其随时间趋于无序的趋势——从一个循环到下一个循环不断增加。施泰因哈特说：“结果是每个后续循环都变得更长。如果你追溯到过去，每个循环都变得更短。最终，你仍然必须有一个开端。”原则上，科学家不应该在意。实际上，大多数人都有厌恶时间开端的人性倾向。而且大多数人发现宇宙有一天会终结的前景相当严峻。在这个新的循环模型中，宇宙每次都基本是空的。这意味着几乎没有物质被循环利用。所以熵不会增加，时间也没有开始或结束。
这个模型运行得如此之好，以至于人们可能会期待宇宙学家们会全心全意地接受它。实际上，反响却不温不火。其中一个原因是，在碰撞的那一刻，分隔两个膜的额外维度从极其微小变为真正的零。这产生了物理学家所说的奇点，即物理定律失效的点。尽管超弦理论可能有助于解释奇点中发生的事情，但它尚未做到这一点。图罗克承认：“这个问题非常困难。”
一些物理学家说，这简直是轻描淡写。麻省理工学院的宇宙学家、暴胀理论的创始人之一艾伦·古斯说：“我认为保罗和尼尔远未能证明他们的观点。” 普林斯顿高等研究院的弦理论家内森·塞伯格也持谨慎态度。他说：“我不知道他们的模型是对还是错。”
加州大学圣克鲁斯分校的物理学家兼宇宙学家乔尔·普里马克甚至对它是否正确不太感兴趣。他说：“我认为大肆宣扬这些东西很傻。我宁愿把时间花在解决观测宇宙学给我们带来的关于暗物质和暗能量的真正重要问题上。这些论文中的想法基本上是无法检验的。”
施泰因哈特和图罗克回应说，他们的理论可以从LISA（一项拟议中的太空探测器，旨在寻找早期宇宙的引力波）中获得可信度。引力波是爱因斯坦预测的时空结构中的涟漪。到目前为止，它们仍是理论性的。但到2020年，LISA实验——成对的自由飞行卫星，会随着每次波的经过而分开和靠近——可能会找到支持暴胀的证据，或者一无所获，从而将天平倾向于火劫宇宙模型。暴胀理论假设宇宙的全部质量在百分之一秒内加速到光速的许多倍，并且应该使整个宇宙都充满了引力波。相比之下，火劫宇宙模型涉及宇宙之间非常缓慢的碰撞，不会产生可观测的波。施泰因哈特说：“如果我们是对的，那将非常令人兴奋。如果我们最终是错的，那当然会令人失望，但用替代理论来挑战暴胀仍然很重要，这样我们才能看到它到底有多稳健。”
普林斯顿大学天体物理学家、WMAP卫星研究团队成员戴维·斯佩格尔对此表示赞同。他说：“宇宙学迟早要与超弦理论联系起来。现在有几种与暴胀竞争的观点，它们可能都被证明是错误的。但我会说这种观点最有可能是正确的。”如果真是如此，我们需要重新思考我们在宇宙中的位置——事实上，我们需要重新思考宇宙本身。在火劫宇宙的现实观中，天文学家所观察到的一切都只是更高维度中的一个微不足道的点，而自大爆炸以来的所有历史，在无限的时间中也只是一个瞬间。这种创世观比传统宇宙学或《圣经》中的宇宙观要宏大得多。
到目前为止，教皇尚未发表意见。
