如果宇宙始于大爆炸,那么大爆炸始于?( 二 )


 
【如果宇宙始于大爆炸,那么大爆炸始于?】他解释这种对应关系的激进理论是,当这些状态达到极限时,它们在数学上是相同的 。虽然这看上去很矛盾,但他认为,完全不存在物质的状态可能已经设法产生了我们在宇宙中所见的所有物质 。
 

如果宇宙始于大爆炸,那么大爆炸始于?

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图片来源:Roger Penrose
在这种观点中,大爆炸产生于(几乎的)“无” 。那是当一个宇宙中的所有物质都被吞噬进黑洞,而黑洞又蒸发成光子时剩下的东西 。但无论多么空旷,它仍然是一个物理宇宙 。
为什么同一个状态从一个角度看是一个寒冷空旷的宇宙,而从另一个角度看却成了一个炽热致密的宇宙?答案在一个复杂的数学过程中,叫作共形重标度(conformal rescaling),这是一种几何变换,它实际上改变了一个对象的大小,但使其形状保持不变 。
彭罗斯展示了,寒冷空旷的状态和炽热致密的状态是如何通过这种重标度而被联系在一起的,从而使它们在时空的形状方面相匹配,尽管两者尺寸各异 。诚然,当两个对象具有不同尺寸时,很难把握它们如何在这种层面上是相同的,但彭罗斯认为,在这种极端的物理环境中,尺寸已经不再是一个有意义的概念 。
在CCC中,解释的方向是从古老寒冷到年轻炽热,炽热致密的状态的存在是因为寒冷空旷的状态 。但这里的“因为”并非我们所熟悉的因果,也就是原因在时间上位于其结果之前的那种因果 。
 
在这些极端状态下,不仅是大小不再有意义,时间同样如此 。寒冷空旷的状态和炽热致密的状态实际上位于不同的时间线上 。从观察者的角度来看,寒冷空旷的状态在它自己的时间几何中将永远持续下去,但它所产生的炽热致密的状态实际上单独位于一个新的时间线上 。
循环的开始
CCC对我们宇宙的大爆炸从何而来的问题提供了一些详细的、但是推测性的答案 。但是,即使彭罗斯的设想最终被未来宇宙学的进展所证明,我们可能会认为,我们仍然不会回答一个更深层次的问题,也就是一个关于物理现实本身来自何处的问题,换句话说,整个循环系统是如何形成的?
对于循环是如何开始的这个更深层次的问题的物理解释,大致有三种广泛的选择:它可能根本就没有物理解释;或者,可能有无休止的重复循环,每个循环本身就是一个宇宙,每个宇宙的初始量子状态由之前宇宙的某些特征来解释;又或者,可能有一个单一的循环,和一个单一的重复宇宙,这个循环的开始由其自身终结的某些特征来解释 。
彭罗斯设想了一连串无休止的新循环,部分原因与他自己对量子理论诠释的偏好有关 。在量子力学中,一个物理系统同时存在许多不同的状态的叠加,当我们测量它时,只能随机“选取”一个 。
对彭罗斯来说,每个周期都涉及随机量子事件的不同结果,这意味着每个周期都会与之前和之后的周期有所不同 。
 
这对实验物理学家来说其实是个好消息,因为它可能让我们通过普朗克卫星看到的大爆炸遗留辐射中的微弱痕迹或异常现象,从而窥视产生我们的古老宇宙 。
 
如果宇宙始于大爆炸,那么大爆炸始于?

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宇宙微波背景辐射 。| 图片来源:ESA and the Planck Collaboration
彭罗斯和他的合作者甚至认为,他们可能已经发现了这些痕迹,将普朗克数据中的模式归结为前一个宇宙中的超大质量黑洞的辐射 。然而,他们声称的观察结果受到了其他物理学家的质疑 。至今学界尚无定论 。
无休止的新周期是彭罗斯设想的关键 。但是,有一种自然的方法可以将CCC从多周期转换成单周期的形式 。那么物理现实就包括通过大爆炸到遥远未来的极端空旷状态的单一循环,然后再循环回到一样的大爆炸,重新产生一样的宇宙 。
后一种可能性与量子力学的另一种诠释相一致,它被称为多世界诠释 。多世界诠释告诉我们,每次我们测量一个处于叠加状态的系统时,这个测量并不是随机选择一个状态 。相反,我们看到的测量结果只是一种可能性,在我们自己的宇宙中上演的那一种 。其他测量结果都是在多重宇宙中的其他宇宙中发生的,它们与我们的宇宙是隔绝的 。因此,无论事情发生的几率有多小,只要它有一个非零的几率,就会发生在某个量子平行世界 。
一些人认为,这种多重宇宙也可以在宇宙学的数据中被观察到,作为另一个宇宙与我们的宇宙相撞时留下的印记 。


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