P奥尔·斯坦哈特被撕裂了。一方面,几十年来,他一直致力于通胀理论并为之做出贡献。另一方面,他认为这很可能是错误的。
膨胀描述了早期宇宙在其婴儿期经历了难以想象的快速膨胀,从原子核大小到当前可观测宇宙的大小,只需不到一秒的时间。当它在1980年被提出时,它承诺解释我们可观测宇宙的显著一致性。无论你往夜空的哪个方向看,你都会看到几乎相同密度的恒星和星系,与早期膨胀前宇宙预期的混乱、不规则的性质截然不同。
但是经过35年的研究,斯坦哈特和其他人已经开始争论这个理论是错误的。他坐在椅子上鹦鹉螺解释为什么。
什么是通货膨胀理论?
想象一下,我坐在你对面的一张桌子旁。如果我们之间的空间开始以早期宇宙理论上相同的速度伸展,那么从我嘴里发出的声波到达你的速度就太快了。就这件事而言,你听不见我,甚至看不见我。光甚至跟不上这个空间伸展的速度。这就是我们在谈论通货膨胀时所谈论的那种扩张。它开始于宇宙大约十亿分之一,十亿分之一,十亿分之一,第十亿位大约每十亿分之一秒,它的体积就会翻倍,可能是十万倍,或者一百万倍,或者十亿倍。一个比原子核还小的区域爆炸成一个比我们今天能观察到的宇宙小块还要大的区域。
为什么你现在认为它有缺陷?
因为我们试图用一种简单的、强有力的、确定性的方式来解释宇宙。但是相反,在这个膨胀的宇宙中,我们生活在我们所做的宇宙中似乎是一个意外。我们发现通货膨胀实际上是可能的,但如果它开始的话,它将是永恒的。它可以在宇宙的某些区域结束,但它将始终在宇宙的其他区域继续。在它继续的地方,它的体积膨胀得如此之大,以至于那些斑块足够大,足以容纳我们的宇宙。问题是量子物理阻止了所有这些补丁的相同性。所以,如果你从一个地方到另一个地方看,宇宙中每一个可能的结果都可能发生,没有特别的原因说明为什么我们的结果比其他任何一个更可能发生。所以从某种意义上说,我们生活在一个偶然的宇宙中。这就是为什么所有的通货膨胀理论都必须以某种方式解释为什么通货膨胀会结束。让我烦恼的是,这总是涉及到对模型进行某种程度的微调。我们称之为参数、系数或特征的东西必须经过精细调整才能得到你想要的东西;没有它们,模型与我们观察到的不一致。所以我们没有一个很好的理论,一个能很自然地解释这个过程的理论。
有可能,我们所认为的“砰”的一声开启了一切,实际上只是又一次反弹。
一个预测偶然宇宙的理论有什么错?
如果你允许所有可能的可能性,那么就没有任何测试或测试组合可以推翻这样一个概念,这意味着它甚至不是一个科学理论。通货膨胀最初是一个似乎有明确预测和性质的想法。但随着永恒膨胀的发现,以及多元宇宙的发现,它转移到了这个无法反驳的偶然画面。它非常灵活,理论上可以容纳任何观察。这些想法不属于过去400年来一直在实践的正常科学领域。
如果我们抛弃通货膨胀理论,我们还有什么其他解释?
有可能,我们所认为的“砰”的一声开启了一切,实际上只是又一次反弹——从先前存在的收缩阶段过渡到快速扩张阶段。有了这个想法,就有了一个全新的时间域,在反弹之前,在爆炸之前,你可以引入一些过程,自然地使宇宙变得平滑和平坦。与非常迅速的通胀扩张相比,收缩将非常温和和缓慢,但仍将以不均匀的速度进行。这将转化为反弹后的温度和密度波动,与我们在宇宙微波背景中看到的波动一致。这导致了一幅周期性宇宙的图景。过去会有一系列的反弹吗?这是一种自然的可能性。但我要说的是,每次反弹,总会有一个平滑、平坦的过程,最终会抹去信息,或者将之前的信息分散得如此之少,以至于在宇宙中几乎没有你能直接找到的痕迹。你解决开始问题的方法是没有开始。它总是在那里这样做,永远在过去,永远在未来。
布莱恩·加拉格尔是鹦鹉螺。