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宇宙起源方式要改写了?诺奖得主彭罗斯:宇宙在无限循环

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很多人抬头看星空时,都想过同样的问题:这一切从哪里来,最后又会到哪里去?把时间推到极其遥远的未来:恒星全部燃尽,黑洞也蒸发干净,万物衰变到几乎什么都不剩,连“时间”本身都失去了意义。

到了那一步,一片永恒的死寂,会不会正好成为下一次创世的开端?英国数学物理学家罗杰·彭罗斯给出的回答是:有可能。

他提出的理论叫“共形循环宇宙学”,简称CCC。在这个模型里,宇宙经历无限次循环,每一轮宇宙的未来类时无限远,都与下一轮的大爆炸奇点被视为同一个东西。

照这个思路,大爆炸并不是一切的开端,而是两轮宇宙之间的衔接点。这个想法颠覆在哪里,要从大爆炸理论的来历说起。



1927年,比利时天体物理学家勒梅特根据爱因斯坦的广义相对论方程,推导出宇宙正在膨胀,并估算了后来所说的哈勃常数。爱因斯坦当时不接受这个结论。

1929年,哈勃的观测证实了宇宙在膨胀。1931年,勒梅特又提出“原始原子”假说,认为宇宙是从一个极小的原点膨胀出来的。

此后普朗克卫星的观测把宇宙年龄定在约138亿年。彭罗斯并不否认这138亿年的演化历史。

他关心的是另外两个问题:大爆炸之前发生了什么,宇宙最终的结局又是什么。过去提到循环宇宙,人们多半想到“大挤压”:宇宙膨胀到极限后在引力作用下收缩,重新挤成一点,然后再次爆炸。



可是暗能量为什么存在、从哪里来、能不能一直持续下去,至今没有人能说清楚。这两年暗能量又受到很大关注。

2025年3月19日,暗能量光谱仪(DESI)团队公布了新的分析结果,这些结果基于前三年约1500万个星系和类星体的观测数据,显示暗能量可能随时间变化。不过科学界很快也给出了提醒:单看DESI自己的重子声学振荡测量,结果与标准的ΛCDM模型完全吻合,偏差是和其他数据合在一起分析时才出现的。

2026年7月30日,DESI发布了新的莱曼α森林分析,误差明显缩小,中心值向ΛCDM模型靠拢。暗能量到底是什么,看来还要争论很久。



也正因为这个问题没有答案,宇宙最终的命运依然没有定论。“循环”这个想法本身并不新。

数学上有个“庞加莱回归”:一副牌只要洗的次数足够多,迟早会出现以前出现过的顺序。但在一个持续膨胀的宇宙里,这一套行不通。

彭罗斯换了个角度:既然没法让宇宙缩回去,就不让它收缩,而是让“重置”发生在宇宙极其古老、只剩下光子这类“不经历时间”的粒子的时候。“共形”原本是数学和地图学的术语,指图形弯曲变形时角度和形状保持不变。

可以想象一张方格纸被揉成一团,从外面看它极其致密,但如果站在纸面上看,方格依旧整整齐齐。哪怕每个方格宽达数光年,只要在另一个维度上把纸揉皱,它就同时既是平面,又是一个无限致密的小球。

看到的是哪一种,取决于观察者在纸面里面还是外面。这个理论的物理依据在于,光子不经历时间:速度达到光速,时间就完全停止。



宇宙早期发出的一个光子,今天射进人的眼睛时已经走了几十亿年,可对它自己来说只过了一瞬间。产生引力的是能量而不是质量。

足够多的光子同时聚到一处,可以形成黑洞;如果只是先后经过同一个点,就不会。黑洞在这里起了关键作用,这也和彭罗斯的诺奖研究有关。

1965年他提出奇点定理,后来又与霍金合作,证明只要满足广义相对论的条件,奇点就不可避免。2010年,他在《时间的循环》一书中向公众介绍了循环宇宙的设想。



等宇宙里只剩下光子,就不再有任何能够“计时”的参考系,时间也就没有了意义。时间本来就是会变化的量,在强引力或高速运动下会变快或变慢。

到了字面意义上的“时间尽头”,所有光子可以看作处在同一时间、同一地点,宇宙的全部能量又回到一个极小的点,新一轮大爆炸就从这里开始。彭罗斯团队还推算,有一部分引力辐射能穿过两轮宇宙的交界,并认为这些辐射或许不借助暗能量也能解释宇宙的加速膨胀。

一个理论好不好,最终要看能不能检验。彭罗斯认为,上一轮宇宙应该留下了“遗迹”。



批评意见也一直不少。第一,如果没有任何东西还能经历时空,能不能就说时空不存在了?

在那种状态下根本不可能有观察者,也就很难检验。第二,并不是所有粒子都会变成光子或引力子。

质子会不会衰变至今没有观测证据,电子是最轻的带电粒子,按现有物理学找不到可以衰变成的东西。此外,光子和引力子也可能带有比中微子还小的质量,只要不存在真正无质量的粒子,这个理论就站不住了。

到今天,CCC仍未被宇宙学界广泛接受,也没有公认的观测证据支持。循环宇宙也不只有彭罗斯这一种版本。

类似的理论还有圈量子宇宙学、鲍姆-弗兰普顿模型,以及普林斯顿大学的斯坦哈特和剑桥大学的图罗克在2001年前后提出的循环膜宇宙模型,还有同一时期的“火劫模型”,当时离1998年发现宇宙加速膨胀不过几年。这些理论各有支持者,也各有明显的弱点。



能对这些理论做出裁决的,多半还是那片138亿年前留下的微波背景辐射,而中国已经在这个领域有了自己的观测站。2025年7月13日,中国科学院高能物理研究所宣布,位于西藏阿里地区海拔5250米山脊上的“阿里原初引力波探测实验一期”建成并实现“首光”观测。

全球主要的原初引力波探测基地共有3个,另外两个都由美国主导,分别在南极点和智利阿塔卡马沙漠。按计划,更多国产探测器将从2027年起陆续装到设备上,逐步实现国产替代。

在海拔这么高、氧气这么稀薄的地方常年坚守,这些科研人员很让人敬佩。被问到如果一直测不到信号怎么办时,团队成员回答说,“探测到原初引力波,可以证实宇宙暴胀理论;如果穷尽现有精度依旧不能,则预示着存在我们尚未知晓的全新物理。”

科学大概就是这样,不管哪种结果,都能让认识再往前走一步。彭罗斯今年已经95岁,仍然坚持着这个很多同行并不认同的设想。



他是对是错,可能要很多年以后才知道。宇宙会不会一次又一次地重生?这个问题现在没有答案,但人类一直在追问,这本身就很了不起。

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