大爆炸理论遭到挑战：我们可能生活在一个循环的宇宙中

• 在一个循环的宇宙中，膨胀和坍缩周期交替，宇宙无始无终。

宇宙诞生的标准故事大致是这样的：大约140亿年前，不知从哪里来的巨大能量物质爆炸了。

在短暂的快速爆炸的瞬间，能量的爆发使宇宙像气球一样膨胀起来。膨胀拉直了任何大尺度的曲率，导致了我们现在感觉宇宙是平的。物质也完全混合在一起，所以现在的宇宙在很大程度上显得毫无特征（哪里都一样）。虽然粒子团块创造了星系和恒星，但这些只是宇宙画布上微不足道的斑点。

这个被教科书称为大爆炸的理论与迄今为止所有的观测结果相吻合，也被大多数宇宙学家所青睐。但它的概念让一些人感到不安。在时空的大多数区域，快速膨胀永远不会停止。结果，膨胀只能产生一个多元宇宙（一个拥有无数种口袋宇宙的彩色存在），其中一个是我们所生活的宇宙。对批评者来说，大爆炸预言了一切，也就是说它最终什么也预言不了。

近年来，斯坦哈特和其他人一直在研究我们的宇宙是如何形成的。他们重新提出了循环宇宙的概念：即周期性地膨胀和坍缩的宇宙。他们希望复制我们所看到的宇宙，平坦而光滑。

为此，斯坦哈特和他的合作者最近与专门研究引力计算模型的研究人员进行了合作。他们分析了一个坍缩的宇宙是如何改变其自身结构的，并最终发现坍缩可以打败膨胀。无论宇宙在坍缩前看起来多么怪异和扭曲，坍缩会有效地抹去大范围的原始皱纹。

斯坦福大学的宇宙学家莱昂纳多·塞纳托雷曾用类似的方法分析过爆炸理论，“他们声称自己所做的工作非常重要。”他说，这项工作的某些方面他还没有机会进行验证，但乍一看“似乎他们已经完成了”。

坍缩视图！

在过去一年半的时间里，斯坦哈特、德国马克斯普朗克引力物理研究所的宇宙学家安娜·伊贾斯和其他人的合作，形成了一种新的关于循环的观点。

当谈到可视化的膨胀和坍缩时，人们经常关注一个气球状的宇宙，它的大小变化用“比例因子”来描述。但是第二项测量——哈勃半径，也就是我们能看到的最远距离——却没有得到重视。广义相对论的方程让它们独立地演化，而且，至关重要的是，你可以通过改变其中任何一个来让宇宙变平。

想象一只蚂蚁在气球上。膨胀就像给气球充气。它把平滑和扁平的状态归因于膨胀的宇宙上。然而，在循环宇宙中，平滑发生在坍缩期间。在此期间，宇宙适度地缩小，但真正的原因是视野的急剧缩小。这就好像蚂蚁通过一个越来越强大的放大镜来观察一切。它所能看到的距离缩小了，因此它的世界变得越来越没有特征。

斯坦哈特和他的同伴设想一个宇宙，在无所不在的场的能量驱动下，膨胀了大约一万亿年，我们现在将其归因于暗能量。当这个能量场最终变得稀少时，宇宙开始慢慢地收缩。在数十亿年的时间里，一个不断缩小的尺度因子会使一切变得更接近，但并不是一直降到某一点。这一戏剧性的变化来自于哈勃半径，它最终将变得非常微小。宇宙的坍缩给能量场充电，使宇宙升温并蒸发原子。反弹随之而来，周期重新开始。

在周期模型中，微小的哈勃半径保证了平滑度和平整度。尽管膨胀将许多最初的缺陷吹散到了多元宇宙中，而缓慢的坍缩则将它们从本质上挤压出去。我们留下的宇宙没有起点，没有终点，大爆炸时没有奇点，也没有多元宇宙。

从任何宇宙到我们的宇宙

大爆炸宇宙论和周期宇宙论面临的一个挑战是，无论它们如何开始，它们各自的能量场都能创造出正确的宇宙。

伊贾斯和斯坦哈特批评爆炸理论只在特殊情况下才发挥作用，比如当它的能量场形成时没有明显的特征，也没有什么运动。理论家们已经对这些情况进行了最彻底的探索，部分原因是它们是唯一能用数学来解释的例子。在最近的计算机模拟中，伊贾斯和斯坦哈特描述了他们的团队对缓慢坍缩模型进行了测试，测试对象是一系列的婴儿宇宙，这些宇宙太过疯狂，无法用笔和纸来分析。

这项合作采用了普林斯顿大学专门研究广义相对论计算模型的理论物理学家弗朗斯·普里托里乌斯开发的代码，探索了扭曲、不规则的场、甚至是生来就有两部分向相反方向移动的场。几乎在每一种情况下，坍缩都会迅速产生一个和我们的宇宙一样无特征的宇宙。

牛津大学宇宙学家凯蒂克劳夫也专门研究广义相对论的数值解，她称这些新的模拟“非常全面”。但她也指出，计算技术的进步只是在最近才使这种分析成为可能。

尽管人们对伊贾斯和斯坦哈特的模型的兴趣各不相同，但大多数宇宙学家都同意爆炸理论仍然是一个有待突破的范式。

合作将进一步充实周期理论。伊贾斯已经有了一个弹跳理论，用物质和时空之间的新相互作用来升级广义相对论，她怀疑还有其他机制存在。她计划很快把她的模型放在电脑上，以了解它的行为细节。

该小组希望，在将收缩和坍缩阶段结合在一起后，他们将确定一个周期的宇宙的独特特征。这项合作并未解决周期性宇宙的每一个细节，更不用说证明我们生活在一个循环宇宙中了。但斯坦哈特现在乐观地认为，这个模型将很快提供一个可行的替代多元宇宙的方法。