大爆炸理论的替代理论

大多数天文学家认为，宇宙起源于138亿年前一次突然的爆炸，称为大爆炸。其他理论家已经提出了这一理论的替代和扩展理论

■撰文：卡尔·泰特（Karl Tate）

近140亿年前，只有一片虚无。然后，突然之间，由于一个完全空无一物的空间里的随机波动，一个宇宙爆炸产生了。在负压真空能量的驱使下，某个亚原子粒子大小的东西在几分之一秒内膨胀到了难以想象的巨大尺寸。

科学家称这个宇宙起源理论为“大爆炸”。我们所说的“可观测宇宙”（或“哈勃体积”）是一个球形区域，以任何给定的观测者为中心，直径都约为900亿光年。宇宙诞生138亿年以来，只有在这个区域内，光才有时间到达观测者所在之处。

由于宇宙正在加速膨胀，宇宙中的天体正被拖出地球的“哈勃体积”，未来人类将无法探测到那些天体。哈勃体积的半径超过138亿光年，因为太空的膨胀使得天体之间的距离在不断增加，而且速度比光速还要快。

天文学家根据理论和观测对宇宙做出了三个假设：

——物理定律是普遍的，不随时间或空间的位置而改变。

——宇宙是均匀的，或者在每个方向上大致相同（尽管不一定在所有时间都相同）。

——人类不能从一个特殊的位置观察宇宙，比如宇宙的中心。

当这些假设应用到爱因斯坦的方程时，它们表明宇宙具有以下性质：

——宇宙在膨胀（天文学家看到来自遥远区域的光的波长会随着空间结构本身的膨胀而拉长，从而导致红移——光的波长向光谱的红端移动）。

——宇宙在过去的某个有限时间从一个炙热、稠密的状态中出现。

——最轻的元素，氢和氦，是在宇宙诞生之初产生的。

——微波背景辐射充满了整个宇宙，这是早期热宇宙冷却到足以形成原子时发生相变的遗迹。

如果天文学家的上述任何一个基本假设是错误的，那么大爆炸理论就无法解释这个宇宙的性质。

有没有可能从未发生过大爆炸？

一种替代理论是稳态宇宙理论。作为大爆炸理论的早期竞争对手，稳态理论通过假设整个宇宙在持续创造物质来解释它的明显膨胀。这种类型的宇宙将是无限的，没有开始也没有结束。然而，自20世纪60年代中期以来发现的大量证据表明，这一理论并不正确。

另一种替代理论是永恒暴胀理论。在大爆炸之后，宇宙在一段短暂的时间内迅速膨胀，称为暴胀。永恒暴胀理论假设膨胀从未停止，并且已经持续了无限长的时间。在某个地方，甚至是现在，新的宇宙正在一个叫作多元宇宙的巨大综合体中不断出现。这些宇宙可能有不同的物理定律。

宇宙振荡模型假设会发生一系列无止境的大爆炸，然后是无止境的大收缩，不断循环往复。

现代循环模型涉及“膜”（branes，是一种被称为“体”的高维空间中的“膜”）的碰撞。

量子引力和弦理论推导出的结果诱人地表明，宇宙实际上与人类观察者所看到的完全不同。例如，它实际上可能是投影到球体表面上的一个平面全息图，也可能是在一台超级计算机上运行的完全数字化的模拟。