大爆炸与宇宙膨胀插图
科技讯 北京时间10月16日消息，据国外媒体报道，宇宙永远存在吗？若是如此，或许宇宙是在一个永无止境的大爆炸循环中来回跳动。在大爆炸中，所有物质从奇点膨胀而来，接着又是大坍缩。大坍缩的时候，一切的一切又被再次吞没，形成密度无穷大的奇点。然后，万物又始于奇点，一遍一遍如此循环往复。
但是，这些理论的数学计算却从未可以真正告诉我们，宇宙到底是循环的还是有始有终的。不过最近，一组理论物理学家利用所谓的“弦理论”，来尝试解决早期宇宙的一些基本谜团。他们的研究结果或许可以给我们带来从零开始构建宇宙所需的理论动力，进而为循环宇宙假说提供支持。
宇宙大爆炸
如果你想构建自己的个人宇宙理论模型，不妨继续往下阅读。没有人会阻止你做自己的宇宙学研究。但如果你想参与这场游戏，那你就必须遵守宇宙的游戏规则。也就是说，不管你的宇宙模型里有些什么内容，你都必须面对一些冷酷且确凿的观察证据。
比方说，我们知道，我们生活在一个不断膨胀的宇宙中。这里面的星系和恒星正以越来越快的速度远离我们。科学家可以用不同的技术办法，来计算不同星系远离我们的速度，从而告诉我们这一事实。我们也有“宇宙还是宝宝时”的照片。（虽然那时候宇宙也已经有38万岁，但相比目前138亿岁的年纪，当初的宇宙确实还是个“宝宝”。）
在宇宙“宝宝”照片里，我们可以看到一些有趣的图案——微小的星星点点。这些星星点点，揭露了早期的宇宙中已经存在些许温度差和压力差。
我们可以用所谓的“宇宙大爆炸理论”和另外一个观点——“宇宙暴胀”，来解释所有的这些观察结果。宇宙暴胀这个过程，我们认为可能发生于宇宙刚刚诞生还不到一秒的时候。在这个过程期间（其本身的持续时间也极其短暂，与之相比，一瞬间都似乎显得很漫长），宇宙变得越来越大，吸收量子差异并使差异变大。最终，这些差异不断放大。正如密度越大重力也越大那样，随着时间的推移，差异渐渐变得足够大，从而可以以星星点点的形式出现在宇宙早期的照片中，（数十亿年后，又变成恒星和星系等等，不过这些又是另一个故事了）。
火宇宙理论
厌倦了宇宙大爆炸理论，想发展自己的宇宙说？这个想法不错。不过，你首先得解释清楚宇宙膨胀，还有宇宙宝宝照片里那些星星点点等等。换句话说，你需要有比宇宙暴胀更具说服力的解释。
看似容易，实则不然。早期宇宙中的压力、密度和温度差异已经困扰了一代又一代的宇宙哲学，包括最著名的比大爆炸理论更大胆的——“火宇宙理论”。火宇宙理论中的“Ekpyrotic”一词，源自希腊语，意思是“燃烧”，指的是一个古老的哲学，即认为宇宙在不断重复。
根据火宇宙理论，我们的宇宙在……不断重复。在这种情况下，我们现在算是处于“爆炸”阶段，然后这个阶段最终（具体方法不详）会放慢速度直至停止，再反过来坍缩回极高的温度和压力状态。再接下来，宇宙又会（具体方法不详）重复之前的过程，在新的大爆炸中卷土重来。
然而问题是，如果根据火宇宙理论的话，早期宇宙照片中的那些星星点点很难重现。当我们试图用一些模糊的物理学来解释坍缩—反弹—爆炸这个循环时，一切看起来实在太过……顺畅。没有碰撞，没有摆动，没有斑点，也没有温度、压力或密度差异。
但这也并非意味着该理论与我们对早期宇宙的实际观察不符。只是说，这些宇宙理论不会孕育出一个具有星系、恒星乃至人类的宇宙。
所以，还真有些遗憾呐。
救星S膜
过去几年，火宇宙理论的主题是试图像暴胀理论那样，契合更多的实际观察。为克服这一障碍并使得火宇宙理论至少有那么点儿说服力，一组研究人员带来了他们的最新解释：S膜。
没错，S膜。弦理论大家应该都听说过吧？那是基础物理的宇宙，其中每一个粒子都是非常非常小的振动弦。但几年前，理论物理学家意识到，弦并不一定得是一维的。于是，他们为多维度弦赋予了一个新名字：膜。
那“S”又代表了什么呢？弦理论中的大多数膜都可以自由穿梭时间和空间。但是假设的S膜，只能在非常特殊的条件下，瞬间存在。
在这种新的火宇宙假说中，当宇宙处于最小且密度最大的那个时间点上时，S膜出现了，触发充满物质和辐射的宇宙再膨胀（大爆炸），并且温度和压力也有微小变化（这样一来，宇宙早期照片中的那些有名的星星点点也就解释得通了）。这些，是三位物理学家今年7月在线发布到预印本文献库arXiv中的一篇新论文里的内容。需要注意的是，这篇论文尚未经过同行评议。
那话说回来，这个想法正确吗？天知道。最近，弦理论本身也不太站得住脚，因为大型强子对撞机上进行的那些实验未能发现任何可支持所谓“超对称性”理论的线索，而超对称性理论又是弦理论的一个重要基础。再者，在弦理论圈子内部，S膜这个概念也有待商榷，因为我们尚不确切知道膜是否可以仅存在于某一瞬间。
还有一个事实是，我们的宇宙不仅正在膨胀，并且是在加速膨胀，而且更没有任何迹象表明很快膨胀就会减速（更不用说坍缩）。弄清楚到底是什么力量能够促使宇宙踩下刹车再掉个头回去，也很天方夜谭。
即便如此，火宇宙理论（以及其他种种理论）依旧值得探索，因为宇宙诞生的瞬间为现代物理学带来了一些最令人不解且具有挑战的问题。（匀琳）
