大爆炸是否发生过不止一次？

1929 年，埃德温·哈勃（Edwin Hubble calculated the velocity of distant galaxies）通过威尔逊山天文台（Mount Wilson Observatory）的望远镜计算出了几乎看不见的遥远星系的速度。他的观测是现代宇宙学基础理论——宇宙正在不断膨胀——的第一个证据。

如果追溯这种膨胀回到足够遥远的过去，你就会达到一个遥远的过去点。在这个点上，整个宇宙都被挤压成一个密度难以想象的微点，充满了熔融的亚原子粒子。这个遥远的过去点在俗语中被称为“热大爆炸”。

那么，这个微点是如何膨胀并形成我们所知的物质的呢？这是宇宙学家和理论物理学家争论的焦点。近年来，一种曾经边缘化的理论——被称为“大反弹”——在宇宙学界获得了关注。它表明大爆炸可能以前发生过，并且可能再次发生。

探究大爆炸的起源

1981 年，物理学家、时任麻省理工学院（MIT）新任教授的艾伦·古斯（Alan Guth proposed a new model called cosmic inflation）提出了一个名为“宇宙暴胀”的新模型。该理论迅速在宇宙学界占据主导地位，描述了时间开端的一个指数级膨胀时期。根据该模型，我们的宇宙在不到一秒的时间内从显微镜下看到的最微小的物质增长到比整个可观测宇宙还要大的尺度。

阅读更多： 科学家试图绘制多重宇宙图

宇宙暴胀理论

宇宙暴胀理论解决了一些物理学家对原始大爆炸模型提出的问题。例如，它解释了为什么我们宇宙的物质在宏观尺度上是均匀分布的。但该理论也依赖于尚未融入经典物理学的量子物理学原理。因此，一些研究人员正在寻找其他答案。

一群研究人员从一个古老的二分法中找到了灵感。

纽约大学理论物理学家安娜·伊贾斯（Anna Ijjas）说：“宇宙真的有两种选择。“要么它在时间上有个开端，时间和时间也有个开端；要么时间没有开端，宇宙也没有开端。”

自 2017 年以来，伊贾斯一直在进行关于“大反弹”（也称为循环宇宙学）这一替代暴胀理论的开创性研究。它提出我们的宇宙已经膨胀和收缩了不止一次——甚至可能无限次。

阅读更多： 这个循环宇宙模型让宇宙学家重新思考大爆炸

大反弹：大爆炸的替代理论

随着伊贾斯和她的同伴们不断精炼可能解释“大反弹”的理论物理学，该理论的声誉越来越高。（ Ijjas and her peers streamline the theoretical physics that might explain it）。目前，它对暴胀理论构成了强有力的竞争。但这个想法并非全新。关于一个永恒宇宙的梦想，其历史比宇宙学本身还要悠久。

与相信神创论的老师柏拉图不同，亚里士多德（Aristotle）相信世界是永恒的。据他的弟子迈蒙尼德（Maimonides）记载，他还认为“时间和运动是持续的、永恒的，不受产生和消亡的影响。”

阅读更多： 生物宇宙学的新科学如何重新定义我们对生命的理解

大爆炸理论科学家

两位最重要的大爆炸理论科学家，几乎是柏拉图和亚里士多德的完美对手。一位物理学家认为时间和空间是在瞬间创造的，而另一位则认为宇宙是永久存在的。乔治·勒梅特（Georges Lemaître, who proposed the Big Bang model of cosmology in 1927），在 1927 年提出了大爆炸宇宙学模型，是一位天主教牧师，他将上帝视为大爆炸的创造者。与此同时，乔治·伽莫夫（George Gamow），第一个模拟原子原始形成的人，有不同的想法。

宇宙学哲学专家丹尼尔·林福德（Daniel Linford）解释说：“[伽莫夫]认为会有一个先前的宇宙经历某种‘大挤压’（big crunch）。一旦它达到某个最小尺寸，然后就会重新膨胀成我们现在可观测的宇宙。”

阅读更多： 宇宙的形状是什么？

大爆炸与大反弹

2001 年，普林斯顿大学物理学家保罗·斯坦哈特（Paul Steinhardt）和剑桥大学物理学家尼尔·图罗克（Neil Turok）在一篇发表于《物理学评论》（paper published in Physical Review）的论文中，将伽莫夫的观点带入了现代。他们认为，所谓的“大反弹”可以更好地解释宇宙物质的均匀性。显然，宇宙暴胀理论试图解释这一点，因为宇宙在膨胀和收缩之间来回摆动。

标量场

基于宇宙暴胀的模型描述了宇宙形成早期的一个状态，此时能量极高，经典物理学不再适用，量子引力开始起作用。大反弹理论则避免了这种情况。相反，宇宙在达到高能状态之前就反弹了。因此，该理论可以使用经典物理学加上一个额外的“标量场”来描述——这是一个数学维度，为空间中的每一点分配特定的能量。

最终，大反弹理论需要一个“标量场”，而暴胀理论需要一个类似的“暴胀场”。大反弹理论并不涉及量子引力，但它仍然很复杂。这两种理论都理由充分且得到广泛支持，似乎争论可以永远持续下去。然而，一项观测可能会彻底结束这场争论——而且可能早在今年年底就会出现。

宇宙微波背景辐射

2023 年，伊贾斯将密切关注来自阿根廷西蒙斯天文台（Simons Observatory）的消息。很快，包括著名宇宙学家布莱恩·基廷（Brian Keating）在内的一组研究人员将在该地点组装一个望远镜阵列。除其他事项外，研究人员将使用所谓的宇宙微波背景辐射（CMB）。有趣的是，CMB 是来自宇宙最古老光线的通用长波辐射的拼凑！

暴胀理论预测，研究人员将在 CMB 上看到大爆炸后瞬间留下的“原初引力波”的图案。而大反弹理论则没有。这意味着，大反弹以及其他循环宇宙理论，可能会被这些波的存在所证伪。

阅读更多： 宇宙的终结：宇宙将如何死亡

引力波还是星系尘埃？

2014 年，基廷及其同事通过BICEP 项目，一个使用南极附近望远镜的国际合作项目，认为他们在 CMB 中看到了原初引力波。然而，当他们公布结果时，其他宇宙学家指出，该观测可能是“星系尘埃”造成的。基廷希望通过西蒙斯天文台来澄清这一点。

他说：“我们必须组装设备，然后在大约六个月后，我们将拥有确认或否定 BICEP 结果所需的所有数据。”

伊贾斯声称自己对任何一种结果都没有偏好；然而，如果发现引力波，她的许多近期工作将变得毫无意义。

她解释说：“从这个意义上说，这是非常直接的。我们至少会知道这个理论是否是错误的。”

更多宇宙学问题即将到来

无论西蒙斯天文台的研究人员看到什么，都不会完全解决宇宙学问题。即使我们能以某种方式知道暴胀理论是客观正确的，我们宇宙——以及多重宇宙——的真正起源仍将笼罩在神秘和争论之中。

如果你追溯时间回溯，你就会达到一个遥远的过去点。在这个点上，整个宇宙被挤压成一个密度难以想象的微点，充满了熔融的亚原子粒子。这在俗语中被称为热大爆炸。这些观测为我们提供了关于我们原始过去的线索，无疑会引发更多关于我们宇宙的问题。

阅读更多： 大爆炸之前是什么？