科学探索|宇宙大爆炸会重复发生吗?( 二 )


这样就回答了“为什么要缩放”的问题 。接下来还要弄清物理学在其中的作用 。缩放在数学上之所以能成立 , 是因为在一个共形不变的宇宙中 , 讨论时间是没有意义的 。这就像讨论科赫雪花是大是小一样 , 其中的分形会无限重复下去 , 因此无从判断其大小 。在共形循环宇宙中 , 到每个宇宙结束时 , 时间也是同样的情况 。
但只有当宇宙即将结束时能够达到共形不变性 , 才能实现放缩和首尾相接 。然而这一点并不确定 。宇宙中含有许多大质量粒子 , 而大质量粒子并不具有共形不变性 , 因为粒子同时也是波 , 大质量粒子则是有特定波长的波 , 其波长名叫康普顿波长 , 与质量成反比 。这些粒子的尺度比较特殊 , 因此在对宇宙的尺度进行缩放时 , 它们并不会保持共形了 。
不过 , 基本粒子的质量全都来自于希格斯场 。所以如果我们能在宇宙结束时设法摆脱掉希格斯场 , 这些粒子就能获得共形不变性 , 一切也就都能成立了 。或者还有其它方法可以去除这些大质量粒子 。不过 , 既然我们都不知道宇宙结束时会发生什么 , 说不定车到山前必有路 , 这些纠结到时自然都能迎刃而解 。
但我们无法验证一千亿年后会发生什么事情 , 所以如何才能验证彭罗斯的循环宇宙学呢?有趣的是 , 这种共形缩放并不会抹去前一个“永世”的所有细节 。引力波就可以保存下来 , 因为其尺度与威尔曲率不同 。前一个永世的引力波会影响下一个永世大爆炸发生后物质的运动方式 , 从而构成宇宙微波背景辐射 , 留下十分特别的“图案” 。

科学探索|宇宙大爆炸会重复发生吗?
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彭罗斯一开始提出 , 我们应该寻找环形图案 。这些环形图案来自上一个永世中发生的超大质量黑洞相撞 , 而超大质量黑洞相撞又是我们能想象到的最激烈的事件 , 因此应当能产生大量引力波 。不过 , 对这些信号的搜索至今仍一无所获 。
他后来又找到了一种更好的观察依据 , 称之为“霍金点” 。上一个永世中的超大质量黑洞会逐渐蒸发 , 留下一团霍金辐射 , 逐渐扩展到宇宙各处 。但在这个永世结束时 , 这些霍金辐射又可以通过缩放重新聚拢成一团 , 随后延续到下一个永世 , 在宇宙微波背景中变成一个小范围的点 , 周围围绕着若干个圆环 。
这些霍金点是的的确确存在的 。除了彭罗斯和同事之外 , 还有其他人也在宇宙微波背景中找到了它们的身影 。不过有些宇宙学家提出 , 霍金点在最流行的早期宇宙模型——暴胀模型中同样存在 。所以这一预测虽算不上错 , 但不能视为彭罗斯的模型不同于其它模型的独到之处 。
彭罗斯还指出 , 为了实现共形收缩 , 还需要引入一个新的场、借此产生一种新的粒子 。他将这种粒子称为“erebon” , 取自黑暗之神之名“厄瑞波斯”(erebos) 。该粒子有可能构成暗物质 。其质量和普朗克质量差不多 , 比天体物理学家通常设想的暗物质粒子重得多 。但并没有规定说暗物质粒子不能这么重 , 而且此前也有其它天体物理学家提出过与之类似的暗物质“候选粒子” 。
彭罗斯提出的这种粒子到最后会变得很不稳定 。毕竟在永世临近结束时 , 必须将所有质量都抛却 , 才能达到共形不变性 。因此彭罗斯预测 , 暗物质应当会缓慢地衰变 , 并且衰变速度慢到难以探测 。他还预言 , 在宇宙微波背景B模偏振中 , 霍金点周围应当围绕着一些圆环 。“宇宙泛星系偏振背景成像”实验正针对这一点展开搜寻 , 不过目前为止尚未做出任何发现 。