138亿年前,大爆炸拉开了宇宙演化的序幕。但这就是时间的开端吗?在大爆炸之前、在现在的宇宙终结之后,还有另一个宇宙存在吗?在一篇最近发表在预印本网站arxiv的论文中,著名理论物理学家罗杰·彭罗斯提出,宇宙微波背景辐射图像中的一类图案,是比大爆炸更为古老的黑洞的遗迹。如果得到证实,这将成为循环宇宙说的有力证据。

彭罗斯的最新研究,要从2014年的一起乌龙事件说起。 冰封的南极大陆人迹罕至,成为备受物理学家青睐的天文观测场所。南极干燥的空气、极高的空气透明度,使得从这里接收到的宇宙微波背景辐射(CMB)信号比地球上任何其他地点都清晰。哈佛-史密森尼天体物理中心的第二代BICEP南极望远镜,就建在地理南极点附近。

在CMB图像中,研究团队观察到如下图所示的,或沿顺时针,或沿逆时针扭曲的偏振信号,此类信号被称作“B模式偏振信号”。要产生偏振,一定是宇宙中的光子受到某类波动干扰。此前科学家已经证实了,在宇宙尺度上,这类信号只可能来自一种情况:宇宙暴胀时的原初引力波。也就是说,如果B模式偏振信号被证实,那么我们将首次为暴胀假说找到直接证据。

原初引力波的发现意义非凡,不过好景不长,仅仅两个月后,就有宇宙学家对BICEP2团队的结论提出质疑,认为研究中的方法出现了错误,他们得到的所谓“B模式偏振信号”,可能只是受银河系尘埃干扰而产生的噪音信号。

随着普朗克卫星的数据不断传回,在发表最初结论半年后,BICEP2团队在论文中承认,其信号“很可能来自星际尘埃”。至此,这项曾轰动一时的“重磅发现”逐渐归于沉寂。

不过,并非所有物理学家都认同这一解释,彭罗斯就基于BICEP2团队的研究,提出了不同的观点。

现年87岁的彭罗斯是当代最近影响力的理论物理学家之一。除了与霍金共同证明奇点存在的条件,并提出了著名的宇宙监督假说,他还贡献了一些看似脑洞大开、极富争议的想法。共形宇宙循环学说(CCC)就是其中之一。

2004年,彭罗斯与其他几位理论物理学家共同提出了这一学说。随后,这一观点随着彭罗斯在2010年出版的著作《时间轮回:宇宙的新观点》(Cycles of Time: AnExtraordinary New View of the Universe)开始为人所熟知。传统的宇宙学理论认为大爆炸是宇宙的开端,而在此之前,所有的物质都集中在一个奇点,“时间”这一概念也不存在。与此相对的,是一批认为时间没有开端的理论:在大爆炸之前,就有另一个宇宙存在。前一个宇宙在经历一场坍缩后,密度达到最大点,进而触发138亿年前的大爆炸。

彭罗斯的共形宇宙循环学说更进一步。在他看来,遥远的过去和未来实际上是宇宙循环中的同一个阶段。当一个宇宙逐步收缩、走向终结,时间会重新拨回原点,开启新一轮的大爆炸、膨胀与收缩。然而,怎样才能找出支持CCC假说的证据?我们无法触及大爆炸之前的上一轮宇宙,但如果它真的存在,或许在行将结束之际,某些天文现象能在新一轮宇宙中留下独特的印记。

在BICEP2测绘出的CMB图中,彭罗斯等人观察到了20个存在温度差异的可疑圆环。彭罗斯表示,目前他们已经确认其中一个环属于霍金点,此外还有四五个点需要进一步研究分析由于没能从BICEP2团队获得原始数据,彭罗斯等人只能从图像中读取信息。这给该研究带来一定的挑战:由于图像中的一个像素是一片区域的平均,因此由此展开的分析是否足够精确、对单个霍金点的论证是否存在偏差,都存在疑问。

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