宇宙大爆炸之前到底发生了什么?

新浪科技新闻北京时间5月6日消息，据国外媒体报道，物理学家告诉我们，在过去的几十年里，宇宙起初处于一个密度和温度都无限大的状态，可以想象成一个密度无限大的球体；然后，小球体爆炸，产生了我们今天看到的原子、分子、恒星和星系。

然而，最近新的理论物理研究发现了一个很早宇宙的可能窗口，并指出这个时期可能根本就不是真正的“很早”。相反，这可能只是最新的“爆炸-反弹”周期的一部分。这个循环至少发生过一次，可能会永远持续下去。

当然，在物理学家决定放弃大爆炸，选择“大爆炸-反弹”周期之前，这些理论预测还需要大量的观察和检验。

大爆炸理论

科学家对早期宇宙有很好的理解，这就是我们熟悉并广泛接受的大爆炸理论。在这个模型中，很久以前的宇宙比现在小得多，更热，密度也更大。在138亿年前的早期宇宙中，构成我们今天所拥有的一切的元素是在大约12分钟内形成的。

根据大爆炸理论，甚至更早，在某个时刻，整个宇宙只有桃子那么大，温度超过万亿度。

令人惊讶的是，迄今为止的所有观察都证实了这个荒诞的故事。天文学家做了各种各样的工作，从观测年轻宇宙留下的电磁辐射，到测量最轻元素的丰度，发现都符合大爆炸理论的预测。据我们所知，这是目前对早期宇宙最准确的写照。

尽管如此，我们知道大爆炸理论的框架是不完整的——少了一块拼图，而那块拼图就是宇宙本身的最早时刻。

这是宇宙中最大的谜团之一。

火宇宙

问题是我们用来理解早期宇宙的物理学只能把我们带到大爆炸的那一刻。当我们试图把宇宙的初始时刻往前推的时候，数学就变得越来越难，直到无法应用。

物理学家尚未探索的一个重要问题是大爆炸开始时存在的“奇点”，或者说密度无限大的点。从表面上看，这告诉我们，在某个时刻，宇宙被塞进了一个体积无限小、密度无限的点。这显然是荒谬的，其真实含义是我们需要新的物理学来解决这个问题——目前的理论工具还不够好。

为了解决这个问题，我们需要一些新的物理工具，能够在超高能下处理重力和其他力的东西。这正是弦理论所提倡的，可以作为物理模型来处理超高能下的重力等力。换句话说，弦理论声称解释了宇宙的初始时刻。

弦论最早的概念之一是“火宇宙”，来源于希腊语，意为“火”。在这个概念下，我们所知的大爆炸是由它之前的其他事件引发的——大爆炸不是开始，而是一个更大过程的一部分。

“火宇宙”概念扩展后，产生了一个受弦论启发的理论——圆宇宙。从技术上来说，宇宙恒周期的概念已经有几千年的历史了，比物理学要早，但是弦理论为这个想法奠定了坚实的数学基础。正如一般想象的那样，这个“圆形宇宙”不断在大爆炸和大挤压之间弹跳，可能是回到过去的永恒，也可能是进入未来的永恒。

根据大反弹的理论，每个周期从一个光滑的小宇宙开始，但它不可能像奇点一样小；之后这个小宇宙逐渐膨胀，越来越大，越来越扭曲。达到一定程度后开始塌陷，同时变得越来越平滑，最后缩小到初始体积；然后再开始同样的循环。

在最初的

“圆形宇宙”理论听起来很酷，但早期的数学模型很难与观测结果相匹配。当我们真正试图做科学研究时，这是一个非常重要的问题。

主要障碍在于如何与宇宙微波背景的观测结果相吻合。宇宙微波背景是38万年前宇宙诞生留下的热辐射，被称为“宇宙中最古老的光”。虽然我们无法直接观察到宇宙微波背景之前的一切，但如果要从理论上修复早期宇宙的物理，就会影响到这些“余辉”模式。

所以，圆形宇宙似乎是一个简单却不正确的概念。然而，多年来，科学家们一直带着“火宇宙”理论的种子。加拿大麦吉尔大学的物理学家罗伯特·布兰登伯格(Robert Brandenberger)和其他研究人员在2020年1月发表在arXiv数据库上的一篇论文中探索了这一理论的数学问题，发现了一些以前没有注意到的因素。他们发现，在“反弹”的瞬间，即宇宙收缩到一个很小的点，回到大爆炸状态时，理论预测可以与观测和检验的结果相一致。

换句话说，虽然这个关键时期的物理学非常复杂，但它确实会让我们对宇宙的时间和位置有一个根本性的修正。当然，要彻底检验这个模型，必须等待新一代的宇宙学实验。在那之前，“宇宙诞生之前是什么”将是一个未解决的问题。