宇宙将在一声巨响或一声呜咽中结束?一对理论物理学家提出了第三条道路:也许宇宙将永远不会结束。
在一项试图定义暗能量性质的研究中,物理学家们发现,宇宙膨胀并不总是必然的。他们写道,相反,暗能量可能会周期性地 "开关",有时使宇宙膨胀,有时使其缩小,直到新的大爆炸发生的条件合适,新的宇宙就会诞生。
大逃亡
我们的宇宙目前正经历着一个失控膨胀的阶段:宇宙每过一段时间就会变大。宇宙学家并不了解这种加速的原因,他们将其命名为暗能量。如果这种加速持续下去,那么我们的宇宙最终会膨胀到湮灭,所有的物质和辐射都会被撕碎。
这不会是第一个失控的增长期。在大爆炸的最早时刻,能量和密度是如此极端,以至于现有的物理学无法应对— 它预测了一个奇点,一个无限密度的点,在那里数学会崩溃。在此之后,宇宙经历了一个令人难以置信的快速膨胀期,被称为 "通货膨胀",这也是人们所不了解的。
天文学家长期以来一直想知道,这两个加速膨胀的阶段—一个在大爆炸的最早时刻,一个在目前的纪元—是否相互关联,以及一个驱动这两个阶段的实体是否避免了大爆炸奇点的问题。
动力型恶魔
为了回答这个问题,一对理论物理学家于2月7日在预印本数据库arXiv(在新标签中打开)中发表了一项研究,研究了暗能量一直发挥作用的宇宙模型。以前的研究建立了暗能量在不同时期 "开启 "以驱动宇宙膨胀的模型,但新的研究提出了一个更现实的模型,包括物质和辐射。
他们想看看暗能量是否能避免大爆炸的奇点,驱动通货膨胀,并加速晚期宇宙的发展。为了避免最初的奇点,宇宙不可能从一个无限密度的点开始。相反,我们所处的宇宙必须是一系列无限重复的 "大反弹 "中的一个。
在这种情况下,暗能量驱动着宇宙,直到它达到一定大小。但随后暗能量改变了自己,迫使宇宙收缩。然后,宇宙遭受了一次大紧缩,但就在达到无限密度的状态之前,暗能量再次转身,推动了一段令人难以置信的快速膨胀,并重新开始循环。
精心调整的机制
研究人员发现了一个暗能量的模型,它能完成这三件事。但至关重要的是,物质和辐射不能出现在极早期的宇宙中,否则它们会破坏通货膨胀。相反,物质和辐射必须在通货膨胀之后才出现,因为一部分暗能量衰变了,使宇宙充满了光和物质。
虽然最初是成功的,但研究人员并没有能够找到一类通用的暗能量模型,可以总是导致相同的结果。相反,他们不得不人为地将现今的加速膨胀值放得比量子力学预测的要小,以便得到完全正确的结果。
然而,这项新的研究确实指向了一个有希望的方向,为进一步探索这样的模型提供了一个可行的平台。人类不一定注定要生活在一个寒冷、空旷的宇宙中,因为暗能量在遥远的未来可能会有不同的表现。只有继续研究才能揭开我们的最终命运。