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物理学家是否发现了大爆炸之前的回声?

探索罗杰·彭罗斯在宇宙学方面的开创性见解,以及他关于共形循环宇宙学和大爆炸的观点。

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罗杰·彭罗斯认为大爆炸并非开端。这位杰出的牛津物理学家长期以来一直倡导“共形循环宇宙学”的激进观点,即一个没有开端也没有终结的循环宇宙,其中137.5亿年前的大爆炸只是众多大爆炸之一。本月,彭罗斯进一步推进了他的观点:他的团队表示,他们已经在宇宙微波背景辐射(大爆炸后遗留的辐射)中检测到一种模式,这代表了大爆炸之前发生的事件的回响。彭罗斯研究了威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)的数据,该任务刚刚完成了对宇宙微波背景辐射的九年观测。他的研究指出WMAP数据中存在同心圆模式,他在其中发现了一些令人惊讶的东西。

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这些圆形特征是微波背景辐射中微小温度变化小于平均值的区域。彭罗斯说,这些特征无法用非常成功的暴胀理论来解释。暴胀理论认为,婴儿期的宇宙经历了一次巨大的快速膨胀,在宇宙最初微小的一秒内,从原子大小膨胀到葡萄柚大小。暴胀要么会抹去这些模式,要么难以产生它们。[科学新闻]

根据彭罗斯的看法,这些圆圈是发生在我们大爆炸之前宇宙中某件大事的“名片”

并在大爆炸之后产生回响。就像前一个宇宙的诞生和死亡一样。

根据彭罗斯的计算,他认为随着每个宇宙的演化,超大质量黑洞(星系中心存在的巨型黑洞)之间的灾难性碰撞会在该宇宙的生命周期内产生引力波。当下一个宇宙爆炸性地出现时,这些引力波会转化为能量,确保它们的“指纹”渗透到下一个宇宙中。引力波从一个宇宙传递到下一个宇宙所引起的能量脉冲会导致暗物质分布的扰动,从而在当前的宇宙中形成均匀的球形模式。[探索新闻]

那么我们该如何看待这一切呢?我向宇宙学家保罗·戴维斯提出了这个问题

他说问题在于暴胀理论。“彭罗斯一直对暴胀理论持怀疑态度,”戴维斯说,“这与当时的流行趋势相悖,但这没关系。(而且)如果你放弃暴胀理论,那么大爆炸之前发生的事情就可能留下回声。”这是因为暴胀会抹平这种回声。(他说,另一种可能性是“不完全暴胀”的想法

”,即暴胀可能存在但不够彻底,未能抹平所有回声。这种理论不需要放弃暴胀来解释微波背景中的回声。)然而,戴维斯说,即使这个发现是正确的,这种解释——大爆炸前黑洞撞击留下的“指纹”在大爆炸后显现——也不是唯一的可能性。“人们一直在宇宙微波背景中寻找同心圆,因为这样的发现可以支持几种不同的观点。”他说,其中一种替代解释是我们的宇宙是暴胀产生的“气泡”;如果两个气泡碰撞,他说,结果可能会留下宇宙微波回声。最后,他说,这项研究的来源使其有点可疑。“你会期望那些掌握数据尖端的人发布这样的声明。你不会期望一个数学家。”所以我问了WMAP的首席研究员查尔斯·巴雷特,他在回复邮件中也表达了怀疑

“不幸的是,这篇论文没有提供他们如何进行计算的必要细节。我担心在他们的分析中没有正确考虑WMAP仪器天空采样中的噪声特性和模式。如果这些处理不当,很可能会出现虚假结果。在我看来,这篇论文应该详细说明数据分析步骤,但它没有。”

彭罗斯反驳说,他不仅查看了WMAP的数据,还查看了第二次任务BOOMERang的数据

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,这证实了他所看到的模式。目前,这些关于宇宙性质的巨大主张陷入了相互竞争的计算和对计算的批评中。这个问题的未来可能取决于欧洲航天局的普朗克任务

,该任务目前正在比WMAP更详细地绘制宇宙微波背景图。与此同时,我们只能揣测。物理学家肖恩·科尔说

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“这是一个革命性的理论,而且这里似乎有一些数据支持它。在标准的大爆炸模型中,没有循环;它有开始,没有结束。一个明智的哲学问题是‘大爆炸之前发生了什么?’;他们在这里努力做的就是通过使其循环来消除‘之前什么都没有’的答案。”[BBC新闻]

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图片来源:V.G.Gurzadyan和R.Penrose

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