科学家“看见了”大爆炸之前的宇宙

2010-11-25 09:01 来源: 中国科学院
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  一般意义上,要问宇宙大爆炸之前发生了什么并不科学,因为根据大爆炸理论,时间本身便产生于大爆炸的那一瞬间,在此之前时间概念尚不存在。但据美国物理学家组织网11月23日报道,英国牛津大学物理学家罗杰·彭罗斯和亚美尼亚埃里温物理研究院的瓦赫·古萨德扬在宇宙微波背景辐射中发现了一种圆环结构,让人们能“透视”到大爆炸发生之前的宇宙。

  宇宙微波背景辐射被认为是大爆炸的“余烬”,是宇宙年龄约30万岁时遗留下来的,均匀地分布于整个宇宙空间。上世纪90年代初,科学家发现宇宙微波背景辐射的温度具有各向异性,即在不同方向上温度有着大约十万分之一的微小差异,这为大爆炸理论提供了最有力的观察证据。科学家认为,这种微小温差衍生出了今天这个大尺度的宇宙结构。更重要的是,由于宇宙膨胀发生在大爆炸后1秒之内,温度变化被认为是随机的,这将导致宇宙辐射接近均匀的分布。

  而彭罗斯和古萨德扬最近在宇宙微波背景辐射中发现了圆环结构,其中的温度变化比期望值更低,这意味着宇宙微波背景辐射的各向异性并非完全随机。他们认为,这些圆环是超大质量黑洞碰撞的结果,碰撞产生了巨大的、各向同性的能量爆发,远远超过了常规温度变化的能量。但奇怪的是,通过计算,一些大的、近乎各向同性的圆环必定存在于大爆炸发生之前。

  发现宇宙微波背景辐射中存在圆环结构并不是对大爆炸理论的否定,而是支持可能存在多次大爆炸。科学家解释说,我们生活在一个循环的宇宙中,一个宇宙终结标志着一个“世代”结束,紧接着会引发另一场大爆炸,开始另一个“世代”,产生一个新的宇宙,这一过程无限重复。科学家认为,黑洞碰撞产生的圆环可能发生在我们这“世代”之前一个“世代”的晚期。

  此前,彭罗斯就在研究循环宇宙模型。因为他注意到人们普遍接受的膨胀理论有一个缺陷:它不能解释宇宙初始为何有这么低的熵值,而低熵状态(或高度有序状态)是形成复杂物质的必要条件。循环宇宙的观点认为,一个宇宙扩张到极限,黑洞将会蒸发,其吞噬的所有信息都将消失,宇宙中的熵也被带走。如此一来,一个新的低熵宇宙将开始。

  由于这些圆环结构意义重大,科学家将进一步证实它们的存在,并检验哪个模型能最好地解释它们。彭罗斯和古萨德扬已经在借助威尔金森微波各向异性探测器和1998年“飞镖”球载望远镜(BOOMERanG98)两个实验的数据对圆环结构进行探测,并消除仪器误差的可能性。但即使这些圆环确实起源于大爆炸之前的某个时期,循环宇宙模型也未必能提供最佳的解释。主要质疑包括,为何两个“世代”之间存在巨大的尺度转换,以及为何这一模型要求所有的粒子在未来某一时刻都失去质量。