大爆炸不是起點也不是終點,科學家新說法解釋「鏡像宇宙」

作者 | 發布日期 2018 年 12 月 26 日 19:51 | 分類 天文 , 自然科學 follow us in feedly


我們相信,大爆炸是當今宇宙萬物與「時間」的開端,然一組牛津大學團隊在今年初發表論文指出,大爆炸並非時間的開始,時間只是在大爆炸後改變了方向:當我們倒帶走回大爆炸那一刻,會發現大爆炸不是時間起點,而是通過「Janus 點」,進入了和我們宇宙相反的鏡像空間。

宇宙學家熱衷討論大爆炸之前的任何景象,這問題主要有兩種解釋,第一種是大多數宇宙學家包括史蒂芬‧霍金在內的說詞,即宇宙始於一個密度無限大的奇點,自大爆炸的瞬間迅速擴張。1960 年代,霍金也與羅傑·潘洛斯一起研究廣義相對論中探討的引力奇點,並證明奇異點可從崩毀的巨星體重力塌縮現象中形成,即潘洛斯-霍金奇點定理(Penrose-Hawking singularity theorems)。

另一派天體物理學家則認為,當今宇宙的誕生來自「前任」宇宙的死亡,或者說,一場大爆炸其實來自另一場大塌縮,最終,我們的宇宙也可能消失於大塌縮災難。

那為何大多數宇宙學家傾向第一種說法?很簡單,誠如霍金所說,奇點之前有什麼、是什麼,被這個宇宙「困住」的我們根本無法定義那些未知事物,如果大爆炸之前存在某種形式的時空,科學家大概耗盡所有想像力也無法解決問題,就提聰明如愛因斯坦,其廣義相對論也可能在量子力學前止步。

▲ 大爆炸理論。(Source:pixabay

來自英國牛津大學的物理學家 David Sloan、Tim A. Koslowski、Flavio Mercati,在今年 3 月發表一篇論文,他們不引入任何新概念比如迴圈量子重力(loop quantum gravity),也沒有改變愛因斯坦的廣義相對論,只是用一種簡單的說法去解決「未知宇宙」存在問題。該論文表明,大爆炸不是時間的開始,只是在大爆炸那一刻改變了方向與空間。

首先該團隊指出,物理本身沒問題,有可能只是某些術語無法在經典理論中算出大爆炸的面貌,比如能量密度、無窮大的曲率等。

「We separate the behaviour of entities in our early universe from the map that they make of the universe, and find that although the map breaks down, physics itself does not.

The technical reason why this is possible is that the equations Einstein developed contain terms which themselves cannot be calculated at the Big Bang – physical parameters such as energy density or curvature which tend towards infinity.

Importantly, however, there is a remarkable property of the equations that until now has been deeply hidden: All the terms that are problematic turn out to be irrelevant when working out the behaviour of quantities that determine how the universe appears from the inside.」

當我們站在宇宙內部時,我們沒辦法測量宇宙的整體大小,只知道物體及其形狀的相對大小,團隊於是建立了一個無維度量(dimensionless)電腦模型來確定相對大小與形狀如何演變,而不必參考整體尺度。

在這裡,宇宙隨著倒退回大爆炸開始像煎餅變得扁平,當穿過大爆炸後,物體再次變回三維,只是出現「手性」特徵,也就是鏡像宇宙。在這裡,大爆炸的起點不是奇點,而是一個完全不同的結構,該團隊稱為 Janus 點(Janus Point)。

Janus 點不與相對論矛盾,也不會影響物質本身,變的只有「座標」,而不是「物本身」,也許這種轉變能解釋為何我們的宇宙沒有反物質——因為反物質在大爆炸另一邊?科學家對宇宙起源的辯論永遠不會停息,誰知道,或許在 Janus 點另一側的鏡像宇宙中,也正在發生類似爭論呢?

該團隊的論文發表在《Physics Letters B》。

(首圖來源:pixabay

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