宇宙是唯一的吗?

2013-05-10 05:55
初中生世界·八年级物理版 2013年3期
关键词:同心圆罗杰定律

假如球面上有一只小蚂蚁,在探索未知世界的激情鼓舞下,想看看世界的尽头是什么样子,于是努力地往前爬去.一直向前爬下去,总可以走到世界的边缘,它的逻辑是这样的.可是它不明白这是徒劳的.也许宇宙根本没有边缘,是因为我们所处的维度限制了我们的思维,即便有,可能也不是我们想象的那个样子.

宇宙的起源,科学家们有着各种各样的理论.一些人认为宇宙只有一个,并且迟早会灭亡.另一些人则认为只存在一个宇宙并永无休止地循环下去.还有人认为存在多元宇宙.20世纪70年代,一些科学家提出了一种假设,即我们的宇宙只不过是许多宇宙之一,它们都有着各自的物理学定律和错综复杂的结构,生命就在其中一切条件都恰好适宜的宇宙中出现.到了80年代,现代宇宙学中的某些理论则证明,这样的“平行宇宙”的确可能存在.近年来,英国科学家发现了另一个“宇宙”在我们的宇宙中遗留的痕迹,他们认为有可能证明了多元宇宙的存在.

暗能量与多元宇宙

科学家在研究宇宙膨胀时发现,宇宙膨胀的速度并没有减缓,并且在大约70亿年前进入了超速膨胀阶段,这个速度还一直呈加速状态.那么,到底是什么力量让星系越来越快地互相脱离呢?用广义相对论来解释,只能得出宇宙中存在着“暗能量”的设想.根据该设想,科学家开始推算在宇宙膨胀加速过程中需要“暗能量”的数量,由此又发现了一个难以解释的问题:“暗能量”在宇宙中的密度极小,但通过物理定律来推算,“暗能量”的密度却比所观测到的结果大得多!这一矛盾的研究结果,只能令科学家们转而寻找另一种截然不同的解释方法,其中之一就是有多个宇宙的存在.

“宇宙膨胀”产生更多宇宙?

科学家通过宇宙大爆炸遗留下来的辐射证实,宇宙曾经历过一个转瞬即逝的超高速扩张阶段,科学家将这个阶段称为“暴涨宇宙”模型.简单地说,就是宇宙在极其短的时刻(远小于1秒),将其体积瞬间扩大,就像吹气球一样.而如果膨胀的速率稍微改变一点儿,那我们的宇宙就不会是现在这样了.因此,许多科学家开始怀疑“暴涨宇宙”模型.他们提出,我们现在观测到的宇宙空间,更贴切的说法是类似一个泡沫,在宇宙之外还存在无数个泡沫,也就是说,存在无数个宇宙.所有的宇宙有着同样的或者说类似的机制进行各种限制,每个宇宙都经历了一次大爆炸,他们都是在大爆炸中诞生,并且存在着相同的物理定律.但是,并不是说所有的宇宙都能“存活”下来,只要将大爆炸的“参数”进行细微的调整,各种宇宙就会出现不同的情况了.

多元宇宙论的观点

支持“宇宙永恒膨胀论”的科学家认为,我们所在的宇宙只是一个更大宇宙中的其中之一,不管是我们的宇宙还是其他的宇宙都处于不停地膨胀当中,同时之间也有更多宇宙产生,此论点也被称为“多元宇宙论”.其他宇宙的特性与我们存在差异,但与我们所处的宇宙共存.虽然宇宙膨胀说仍然没有切实的理论模型,但理论表明,的确可以有若干宇宙以不同的速率同时膨胀.在这个更为广大的“多元宇宙”中,我们的“宇宙”只不过是极渺小的一个单元罢了.其他的宇宙中可能无法产生银河系、恒星、行星和生命,甚至根本无法产生物质.然而我们所认为的必备条件也许并不唯一,同时修改若干常量或定律,组合得出的物理学定律体系与我们的条件大相径庭,但却可能营造同样宜于生存的和谐世界,甚至可以有生命在其中诞生.

另一个“宇宙”被发现的证据

不久前,英国科学家罗杰·彭罗斯称已经发现了宇宙大爆炸之前还存在另一个宇宙的证据.他在对宇宙微波背景辐射的研究中,发现了神秘的同心圆现象,可以认为宇宙诞生之前还有宇宙,并且提供了在前一个宇宙中所发生事件的痕迹.根据他的研究报告称,一共发现了12个同心圆辐射“印迹”,其中有5个圆具有特别的意义,分别对应着宇宙演化历史上5次大规模的事件.出现星系团附近的神秘“圆环”的变化幅度在背景辐射上看却显得非常低.因此研究人员似乎开始抛弃“暴涨”宇宙模型,“暴涨”理论认为宇宙诞生于一次大爆炸中,并在将来会继续膨胀直到一个临界点,这种宇宙模型不仅有开端,也有结束.

科学家认为在背景辐射中的神秘同心圆是超大质量黑洞发生碰撞而留下的,这些超大质量的黑洞存在于大爆炸发生之前.这就意味着我们的宇宙将出现一种全新的循环模式:由大爆炸和超大质量黑洞碰撞主导.根据罗杰·彭罗斯介绍:“新的宇宙循环理论”意味着黑洞将消耗掉宇宙中的一切物质,并且发生相互碰撞,最终导致又一次的宇宙大爆炸.

对此,罗杰·彭罗斯教授在接受英国广播公司的采访中提到:在我最新提出的宇宙学理论中,宇宙存在指数式的膨胀,但是这种膨胀并非万古不变,随着黑洞将宇宙内的物质全部吞噬,在遥远的未来将以大爆炸的形式再度开启另一个宇宙.

这一发现并非是对大爆炸理论的否定,相反,它支持这样一种观点,即大爆炸可能发生过很多次.科学家们认为我们生活于一个“循环”的宇宙中——当我们的宇宙终结,标志着一个“世代”的结束.但是它会立即引发一次大爆炸,从而产生一个新的“世代”,也就是一个新的宇宙,这样永恒循环.两位著名宇宙学家——普林斯顿大学的保罗·斯泰恩哈特和牛津大学的尼尔·图洛克曾出版图书表示:“无论是时间还是宇宙都没有开始或者结束.宇宙进化过程是循环往复的,‘大爆炸每1万亿年发生一次,每一次都伴随着新物质和新辐射的产生,并形成新的星系、恒星、行星以及生命.我们不过是最近一次循环的组成部分.”

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