宇宙设立了一道屏障,以免我们知道得太多?

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ESO

宇宙诞生自一次“爆炸”,一次急速的扩张。宇宙直至今天依然在膨胀,而且膨胀得越来越快。但它为什么会如此却一直是个谜。

加拿大蒙特利尔麦吉尔大学理论物理学家Robert Brandenberger认为,我们可能永远也无法理解宇宙的诞生和膨胀,因为宇宙在微观尺度上设立了一道屏障,以“避免”我们洞察其中的奥秘。

针对宇宙大尺度结构以及宇宙微波背景辐射的观测结果表明,宇宙在其极早期经历过一个不可思议的极速膨胀期,也就是所谓的“暴涨期”。在极短的一瞬间,宇宙突然以几何级数膨胀。

理论上,在把宇宙“吹大”的同时,暴涨也让本来“顺滑无比”的时空有了“皱纹”。源自时空结合体内部微小量子波动的“皱纹”随宇宙的膨胀而长大,变成了质能密度较高的区域。历经上百亿年后,微观的波动变成了宏观差异。恒星、星系和宇宙大尺度结构在这种差异的基础上逐渐形成。

但是暴涨的原因、暴涨的能量来源,以及暴涨的持续时间一直是个谜。

一般认为,暴涨过程中宇宙时空体内的波动存在于极其微小的量子层面上,其尺度小于普朗克长度,即1.6×10⁻³⁵米。这个尺度上的宇宙有我们不了解的存在和运作方式。理论上,引力在这个尺度上应当会表现出其量子本性。但是对于这个尺度上的宇宙,我们只有各种推测和想像。科学家非常想建立一个能够把引力论和量子力学统一起来的理论。但至今没有成功。

而根据Robert Brandenberger的观点,小于普朗克长度的微观世界,是无法“越界”进入或变成宏观世界的,也是宏观宇宙中的我们永远也无法进行观测的。即使有了量子引力论也不可能。我们也无法通过用低能版本理论,模拟高能状态下的量子引力论,来对宇宙的暴涨进行还原。

虽然在弦理论的框架下,宇宙的暴涨可以是缓慢的,微观宇宙的波动不会直接“曝露”在宏观宇宙中,也不会变成可供观测的宏观宇宙。但弦理论提供的模型不具备足够多的细节,而且弦理论本身同样也未被证明,甚至连理论体系也还没有完善。

所以如果我们想了解宇宙为何会诞生,为何会膨胀,按照Robert Brandenberger的看法,多半是不可能了。

参考

Trans-Planckian Censorship Conjecture and Early Universe Cosmology

https://arxiv.org/abs/2102.09641