科學(xué)家激辯宇宙大爆炸之前發(fā)生了什么
來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 2009-06-24 08:42:08
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,在位于瑞士-法國(guó)邊界的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)后,科學(xué)家將進(jìn)行大規(guī)模亞原子粒子對(duì)撞實(shí)驗(yàn)。如果對(duì)撞成功,科學(xué)家極有可能揭開(kāi)“大爆炸”瞬間之后發(fā)生了什么。物理學(xué)家認(rèn)為,宇宙就是發(fā)生于137億年前的“大爆炸”創(chuàng)造的。但還有一些科學(xué)家確定了新的研究目標(biāo):“大爆炸”之前發(fā)生了什么?
多種理論大碰撞
雖然啟動(dòng)沒(méi)多久便遭受暫時(shí)性挫折,但大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)可能最終幫助我們找到答案。有意思的是,即便了解“大爆炸”之后的宇宙狀況,其它一些問(wèn)題仍會(huì)在很多人的腦海中揮之不去,例如“大爆炸”之前發(fā)生了什么,這個(gè)所謂的“之前”是否真的存在等等。對(duì)于“大爆炸”之前的可能狀況,物理學(xué)家和宇宙學(xué)家在各種猜測(cè)身上大下賭注。就在他們冥思苦想之際,一個(gè)迷你型科學(xué)行當(dāng)突然出現(xiàn)。
9月初,這一領(lǐng)域的一些頂級(jí)人物在哥倫比亞大學(xué)“集結(jié)”,共同就這些問(wèn)題展開(kāi)討論。北卡羅萊納州大學(xué)教堂山分校宇宙學(xué)家勞拉·梅爾西尼-霍頓(Laura Mersini-Houghton)提出兩個(gè)疑問(wèn)——“是什么東西發(fā)生爆炸?爆炸又是在哪里發(fā)生的?”滕比亞利桑那州大學(xué)宇宙學(xué)家、科學(xué)與宗教權(quán)威保羅·戴維斯(Paul Davies)提出:“我們所在的宇宙是否是唯一的?如果是的話,它又是如何存在的?”
令人尊敬的科學(xué)家提出一系列理論,描述我們熟悉的宇宙時(shí)空誕生前可能發(fā)生了什么。這些理論被冠以奇怪的名字,諸如“大反彈”、“多元宇宙”、“循環(huán)論”、“平行世界”、“肥皂泡”等等。一些人認(rèn)為存在多元宇宙,另一些人則指出只存在一個(gè)宇宙并永無(wú)休止地循環(huán)下去,這與佛教的觀點(diǎn)相似。相比之下,猶太基督教的神學(xué)家可能很難接受任何一種觀點(diǎn)。
挑戰(zhàn)“大爆炸”理論
絕大多數(shù)假設(shè)都是基于無(wú)始無(wú)終這一古老觀點(diǎn)的一種變異,這一點(diǎn)與“大爆炸”理論形成鮮明對(duì)比,后者認(rèn)為我們的宇宙開(kāi)始于一個(gè)特殊的點(diǎn),而后在遙遠(yuǎn)未來(lái)的某個(gè)時(shí)刻走到盡頭。兩位著名宇宙學(xué)家——普林斯頓大學(xué)的保羅·斯泰恩哈特(Paul Steinhardt)和牛津大學(xué)的尼爾·圖洛克(Neil Turok)在二人2007年合著的《無(wú)限宇宙:大爆炸之后》(Endless Universe: Beyond the Big Bang)中這樣寫(xiě)道:“無(wú)論是時(shí)間還是宇宙都沒(méi)有開(kāi)始或者結(jié)束。宇宙進(jìn)化過(guò)程是循環(huán)往復(fù)的,‘大爆炸’每一萬(wàn)億年發(fā)生一次,每一次都伴隨著新物質(zhì)和新輻射的產(chǎn)生,并形成新的星系、恒星、行星以及生命。我們不過(guò)是最近一次循環(huán)的組成部分。”
一些科學(xué)家認(rèn)為,可能發(fā)現(xiàn)相關(guān)觀測(cè)證據(jù)以支持這一假設(shè)。他們表示,任何沒(méi)有經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)的科學(xué)理論都不能被打上正確的標(biāo)簽。費(fèi)城賓夕法尼亞大學(xué)理論物理學(xué)家麥克斯·泰格馬克(Max Tegmark)在2003年出版的著作《科學(xué)與終極實(shí)在》(Science and Ultimate Reality)的“平行宇宙”這一章中寫(xiě)道:“事情變得越發(fā)明朗,建立在現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)上的多元宇宙模型能夠經(jīng)受住檢驗(yàn)。”
重力波與“巨洞”
一些研究人員希望,大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將發(fā)現(xiàn)能夠支持或駁斥這些推測(cè)的證據(jù)。他們表示,強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)可能發(fā)現(xiàn)我們熟悉的三維空間加一維時(shí)間之外的維度。存在更多維度是一些有關(guān)“大爆炸”前的理論的基礎(chǔ)。紐約市立大學(xué)研究生中心理論物理學(xué)教授加來(lái)道雄(Michio Kaku)認(rèn)為,與光和物質(zhì)有所不同的是,重力能夠在平行宇宙中穿行,并投下可被科學(xué)家探測(cè)到的“陰影”。這個(gè)陰影可能以“重力波”的形式存在。
所謂的重力波是類似“大爆炸”這樣的猛烈爆炸產(chǎn)生的時(shí)空結(jié)構(gòu)內(nèi)的微弱波紋。目前,美國(guó)和歐洲的探測(cè)器正在尋找重力波,人造衛(wèi)星有望在未來(lái)發(fā)現(xiàn)太空中存在重力波的證據(jù)。加來(lái)道雄說(shuō),他的循環(huán)論預(yù)言存在一種“與眾不同的重力波,與‘大爆炸’理論中提到的截然不同,它可能在未來(lái)幾年驗(yàn)證或者推翻我們的理論”。
2007年8月,地面和衛(wèi)星觀測(cè)結(jié)果顯示,宇宙中似乎存在一個(gè)“巨洞”——太空中一個(gè)幾乎沒(méi)有任何物質(zhì)存在的區(qū)域,位于波江星座之內(nèi),寬度大約為9億光年,相當(dāng)于50萬(wàn)億英里(約合80萬(wàn)億公里)。支持多元宇宙理論的梅爾西尼-霍頓認(rèn)為,這個(gè)空白區(qū)域可能是另一個(gè)較小宇宙重力拖拽的“痕跡”,這個(gè)宇宙就位于我們所在宇宙的邊緣。她在哥倫比亞宇宙學(xué)會(huì)議上表示:“就像有人用巨型鏟子將所有物質(zhì)清空了一樣。所有這些宇宙相互作用、相互影響。”梅爾西尼-霍頓對(duì)“巨洞”的解釋引發(fā)不小爭(zhēng)議,原因很簡(jiǎn)單:迄今為止仍無(wú)法得到證實(shí)。
多元宇宙論最流行
在有關(guān)“大爆炸”前的理論中,最古老同時(shí)也最為流行的當(dāng)屬多元宇宙。英國(guó)天文學(xué)家馬丁·里斯(Martin Rees)在其1997年著作《開(kāi)始之前:我們的和其他的宇宙》(Before the Beginning: Our Universe and Others)中,對(duì)這一理論進(jìn)行了略述。根據(jù)多元宇宙理論,我們所在的宇宙只是大量宇宙中的一個(gè),宇宙的數(shù)量可能是無(wú)限的,每一個(gè)之間都略有不同。這些宇宙一直形成新的“后代”,共同構(gòu)成一個(gè)巨大的肥皂泡,每個(gè)宇宙就像漂浮在肥皂泡海洋中的一個(gè)肥皂泡。
大反彈假設(shè)——有時(shí)也被稱之為“大碰撞”——認(rèn)為,在我們所在的宇宙誕生前還存在一個(gè)“孿生”宇宙。擴(kuò)張到一定程度之后,這個(gè)“孿生”宇宙開(kāi)始收縮塌陷,并最終孕育了我們這個(gè)世界。大學(xué)公園賓夕法尼亞州大學(xué)理論物理學(xué)家馬丁·波喬瓦爾德(Martin Bojowald)是大反彈理論的主要倡導(dǎo)者,他于2007年在《自然》雜志上發(fā)表了有關(guān)這一理論的文章。
2005年,加來(lái)道雄出版了一部名為“平行世界”的著作,并在書(shū)中作出這樣的假設(shè)——可能存在數(shù)百萬(wàn)個(gè)不同的平行宇宙,有些與我們所在的宇宙類似。由于身在我們的宇宙之外,這些平行宇宙對(duì)我們來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的。
教會(huì)力挺“大爆炸”
相比之下,羅馬天主教會(huì)更愿意接受大爆炸理論,原因很簡(jiǎn)單:這一理論認(rèn)為宇宙開(kāi)始于一個(gè)確定的點(diǎn),這與《圣經(jīng)》中描述的創(chuàng)世紀(jì)不謀而合。在1951年于梵蒂岡舉行的一次會(huì)議上,羅馬教皇皮亞斯十二世(Pope Pius XII )稱“大爆炸”理論與羅馬天主教會(huì)的教義是一致的。他說(shuō):“既然宇宙萬(wàn)物是在某一個(gè)時(shí)刻創(chuàng)造的,那就一定有造物主,所以上帝是存在的。”
華盛頓喬治敦大學(xué)科學(xué)與宗教權(quán)威約翰·豪特(John Haught)指出,可能存在多個(gè)世界、多個(gè)起源以及發(fā)生多次“大爆炸”的觀點(diǎn)并不會(huì)破壞基督教的神學(xué)。他說(shuō):“即使宇宙或者多元宇宙永遠(yuǎn)存在下去,也不會(huì)對(duì)有關(guān)世界存在的神學(xué)解釋構(gòu)成挑戰(zhàn)。《圣經(jīng)》中描述的創(chuàng)世紀(jì)與科學(xué)家所認(rèn)為的存在差異。神學(xué)者認(rèn)為,這個(gè)世界仍經(jīng)歷著從無(wú)限到有限的過(guò)程。”喬治敦佛教與東亞宗教教授弗朗西斯卡·卓(Francisca Cho)稱,這些有關(guān)“大爆炸”前的宇宙理論與印度教的信仰類似,即宇宙在不斷創(chuàng)造和破壞中永無(wú)休止地循環(huán)下去。
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