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在这个理论图景中,我们的整个宇宙是从一米直径的火球扩张来的。但是碰撞本身这一过程中,另外一组量子涟漪印在了时空上,产生了宇宙微波背景辐射中的涟漪,并提供了星系团能够成长的种子,这和标准的暴涨理论图景一样。不过,这里最重要的是,这种理论中不存在时间开始的奇点,“我们的”宇宙也从来没有小于一米的跨度,也从未经历过无限高的密度;它的确是从1024这样的高温“开始”的,可这一数值不管有多大,仍然是有限的。许多科学家认为该模型具有吸引力,这是其中一个主要的原因。这也意味着,“我们的宇宙”并不是惟一的,即使我们仅仅把它看作是我们的“膜”。这个膜必然会有许多其他的区域(如果膜是无限的,这种其他的区域就会无限多),这些区域发生接触,并产生了以这种方式不断扩张的宇宙。但是,那些宇宙将永远超出我们的空间视野范围,因为宇宙之间的膜的结构也随着时间的推移而扩大。之所以会这样,是因为这两个膜在相互碰撞后会发生卷曲。
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当两个膜彼此反弹开并沿着第五维度反向运动时,另外一个膜就会遭遇一种略微不同的命运。根据这一模型,额外的维度会发生扭曲,就好像当你沿额外的维度朝某一方向运动的时候,你所熟悉的三维空间的尺寸会增加,而如果你朝另一个方向运动,熟悉的三维空间的尺寸会减小。当膜碰撞后发生反弹,“我们的”宇宙恰好是沿着三维空间扩大的方向运动。起初,隔壁的宇宙是朝另一个方向沿着第五维运动,并发生收缩。但是,两个膜之间的吸引力(真正的引力)非常强大,以致第二个膜的运动被扭转,被拽动并拖在我们的膜的后面,因此它也很快开始扩张。这两个膜各自都经历了我们所描述的永远膨胀的宇宙会经历的扩张、稀释和物质衰变阶段,但是在所有这些漫长的时间内彼此没有发生接触——这段时间长达数万亿(许多个1012)年。以人们熟悉的尺度来说,它们之间的间隔非常之微小——也许只是几千个普朗克长度,或说是10-30厘米(远小于质子的直径);但是正所谓,差之毫厘,谬以千里。然而,由于膜间力的作用,两个膜变得空而且平坦,并一直与对方保持平行。
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在大多数的时间里,这两个膜都以相同的距离分隔开,“悬”在那里。然而,渐渐地,膜间的吸引力超过了反弹的动能,将两个膜拉到一起。这一进程刚开始非常之缓慢,但随着两个膜越来越近,速度明显加快。膜间的吸引力和皮筋回弹时不同,随着两个膜之间的距离缩小,不再是相隔几千个普朗克长度之后,这种力会变得更强。两个膜自身(现在基本上是空的扁平的时空)在循环的这一阶段会稍微收缩一些,但因子只是10左右(相比之下,在扩张阶段其因子是1030),它们在时空中的量子涟漪会扩大到各种尺度,包括一米左右的肿块。
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大爆炸的能量直接来自运动中的两个膜碰撞时的动能,93就像两个钹碰到一起一样。而且,由于引力传播到第五维的方式,随着两个膜之间的空间沿着那一方向收缩,在每个膜中,引力的效力会增加——这意味着,在我们的宇宙发生“大爆炸”的时刻,当它是一米直径大小的时候,牛顿的万有引力常数大于现在的值。但在几分之一秒的时间里,它就已经下降到了目前的值。
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我们已经描述完了这个周期,而且本书也就是从这里开始的。这一模型和标准的包括暴涨的“拉姆达CDM”模型,推导出了一副完全相同的人类生存的宇宙图景,也包括了背景辐射的性质,但却没有CDM模型所需要的令人不安的无限值。为了解释我们的宇宙中可见物质的行为,我们需要暗物质,它们可以是我们的宇宙中的弱相互作用粒子,或是其他的膜泄漏到我们的宇宙中的粒子产生的效用;该模型并没有区分这两种可能性。但是,使目前的宇宙膨胀加速的暗能量,是该模型的一个重要特征。每个周期对应的点上,每次爆炸(每个一米直径的火球)的平均物质密度、温度和所有其他物理属性,都是相同的。宇宙只是一次次地重新填满自己,虽然每个周期中,量子涨落本身从统计学上讲是不同的,因为每次爆炸都对应一个单一的量子涨落。但是,宇宙现状的条件,是上一个周期的崩溃阶段的最后一刻决定的,而不是在此次扩张阶段开始时。
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在凤凰模型和暴涨模型之间,有一个微妙但重要的区别。暴涨的标准模型预测宇宙应该是充满了引力辐射,在宇宙的微波背景上留下了印记。凤凰模型则预言在能够观察到的宇宙微波背景辐射上,不会有这种引力波的影响。虽然在2020年之前,能够按照所要求的精度测量背景辐射的空间探测器不可能发射升空,但这意味着,这一理论像所有好的科学思想一样能够通过实验测试。
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目前,你到底喜欢哪种理论,完全是一个选择的问题。截至2005年,我们还没有任何实验或观测证据来区分两者孰优孰劣。但这种情况在不太遥远的将来必将改变;这里需要说明,我本人最喜欢的是永恒循环的凤凰模型,宇宙死亡之后总能获得重生。巧的是,凤凰模型描述的情景与200年前某个人的想法不谋而合。那是由伊拉斯谟·达尔文(ErasmusDarwin),即查尔斯·达尔文的祖父用文字描述的图景。在“植物园”(TheBotanicGar-den,第一次出版于1791年)一诗中,他描述了自己的科学想法:
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轮回啊,星辰!正是意气风发之时,
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用明亮的曲线,在夜空留下时间无痕的足迹;
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那光线的马车,越来越近,
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星辰随之消隐;
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布满鲜花的天空!你们也会年迈,
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像田野里的姐妹一样衰落凋零!
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苍穹中,星辰之后还有星辰,一代代登场,
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太阳落下还有太阳,星系死亡后还有星系,
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莽撞地跌入黑暗的中心,消失无踪,
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死亡、黑夜、混沌交织在一起!
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直到在残骸之上,从风暴之中,
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再生出不朽的自然,以她变幻无穷的姿态,
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从她的尸骨上,振翅飞腾,
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光焰四射,鲜明如初。
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可以肯定的是,这一描述更像是传统的大收缩理论,而不是现代的循环宇宙观。但是在18世纪时就能作出如此的猜测,已经很不简单了。至少,用这段诗来结束我的这本书——恰恰又回到了故事的开头——还是比较得体的。
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宇宙传记 术语表
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