一位藝術(shù)家對(duì)宇宙大爆炸的構(gòu)想一開始，有一個(gè)密度無限大、體量微小的物質(zhì)球。之后，整個(gè)球體發(fā)生了爆炸，產(chǎn)生了我們今天所知的原子、分子、恒星和星系。至少在過去幾十年間，物理學(xué)家們是這么告訴我們的。但是新的理論物理學(xué)研究給探索早期宇宙打開了一個(gè)可能的窗口——早期宇宙，可能根本不“早期”。相反，它可能只是一個(gè)爆炸性反彈周期的最新迭代，這個(gè)周期已經(jīng)迭代了……好吧，至少有一次，也可能一直在迭代。當(dāng)然，在在物理學(xué)家決定拋棄宇宙大爆炸、改用大反彈周期理論之前，這些理論預(yù)測(cè)需要經(jīng)受住觀測(cè)測(cè)試的考驗(yàn)。反彈宇宙學(xué)科學(xué)家對(duì)于早期宇宙有一個(gè)很不錯(cuò)的描繪，這也就是我們所熟知和喜愛的宇宙大爆炸理論。在這個(gè)模型中，很久以前的宇宙要比現(xiàn)在的宇宙小得多、熱得多且密度大得多。在138億年前的那場(chǎng)早期爆炸中，所有造就了我們的元素都是在十幾分鐘內(nèi)形成的。這一理論認(rèn)為，在某個(gè)更早的時(shí)間，我們的整個(gè)宇宙——所有的恒星，所有的星系，一切的一切——都只有一個(gè)桃子那么大，但溫度卻超過四十幾億度。令人驚奇的是，目前所有的觀測(cè)結(jié)果證實(shí)了這一奇異想法很有說服力。從年輕宇宙中殘留的電磁輻射到測(cè)量最輕的元素的豐度，天文學(xué)家們做了大量工作，并且發(fā)現(xiàn)它們都與宇宙大爆炸的預(yù)測(cè)一致。據(jù)我們所知，宇宙大爆炸是我們對(duì)早期宇宙的準(zhǔn)確描繪。盡管如此，大爆炸理論對(duì)宇宙的描繪并不完整——我們還缺少最后一塊拼圖，而那塊拼圖就是宇宙本身最初時(shí)刻的樣貌。而這塊拼圖非常之大。大爆炸問題在于，我們用來理解早期宇宙的物理學(xué)在崩潰失敗前只能帶我們走這么遠(yuǎn)。當(dāng)我們?cè)噲D走得越來越深，深入到宇宙最初的時(shí)刻時(shí)，數(shù)學(xué)越來越難以回答和解決這些問題，以至最后…放棄退出。我們探索的主要標(biāo)志是，在宇宙大爆炸開始存在一個(gè)"奇點(diǎn)"，或者說是一個(gè)密度無限大的點(diǎn)。從表面上理解，這告訴我們，在某一時(shí)刻宇宙被擠進(jìn)了一個(gè)體積無限小、密集無限大的點(diǎn)。這顯然是荒謬的，但它真正告訴我們的是，我們需要新的物理學(xué)來解決這個(gè)問題——我們目前用的工具還不夠好。為了改變局面，我們需要一些新物理學(xué)，一些能夠處理引力和其他力以及在超高能情況下產(chǎn)生的各種結(jié)合力的學(xué)說和理論。而這正是弦理論所言的：一種能夠處理引力和其他各種力，以及在超高能量下產(chǎn)生的合力的物理學(xué)模型。這就意味著，弦理論稱它可以解釋宇宙最初時(shí)刻。最早的弦理論概念之一是“ekpyrotic”宇宙，即“火宇宙理論”。在這種情況下，我們所知道的大爆炸是由在其之前發(fā)生的其他事情引發(fā)的——大爆炸不是一個(gè)開始，而是一個(gè)更大過程中的一部分?；鹩钪娓拍钛由斐鲆环N理論，該理論被稱為循環(huán)宇宙論，同時(shí)弦理論也再次給予這一理論啟發(fā)。從技術(shù)上講，認(rèn)為宇宙不斷重復(fù)這一觀點(diǎn)已經(jīng)存在了幾千年，而且早于物理學(xué)，但弦理論給予了這個(gè)概念堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。循環(huán)宇宙就像你所想象的那樣，不斷地在大爆炸和大坍縮之間跳來跳去，有可能是永恒地回到過去時(shí)間，也有可能是永恒地走向未來。在一切開始之前雖然聽起來很酷，但早期的循環(huán)模型很難與觀測(cè)結(jié)果相匹配——當(dāng)你試圖進(jìn)行科學(xué)研究，而不僅僅是圍著篝火講故事的時(shí)候，這是一件很重要的事。主要的障礙在于，根據(jù)我們對(duì)宇宙微波背景的觀測(cè)結(jié)果，宇宙留下最古老的光僅有38萬年。雖然我們無法直接視穿那面光墻，但如果你開始從理論上對(duì)關(guān)于早期宇宙的物理學(xué)修修補(bǔ)補(bǔ)，你就能糾正余輝圖案。因此，循環(huán)宇宙似乎是一個(gè)好想法，但是它并不正確。但這些年來，火宇宙理論的火炬一直燃燒著，1月份發(fā)表在arXiv數(shù)據(jù)庫(kù)的一篇論文就數(shù)學(xué)中的計(jì)算瑕疵進(jìn)行了探索，并發(fā)現(xiàn)了一些之前錯(cuò)過的機(jī)會(huì)。加拿大麥吉爾大學(xué)的物理學(xué)家羅伯特·勃蘭登伯格和王紫微發(fā)現(xiàn)，在“反彈”瞬間，當(dāng)我們的宇宙收縮到一個(gè)令人難以置信的小點(diǎn)，并返回到大爆炸狀態(tài)時(shí)，我們有可能將一切都排列好，以得到合適的觀測(cè)檢驗(yàn)結(jié)果。換句話說，在這個(gè)關(guān)鍵時(shí)期，復(fù)雜的物理學(xué)可能確實(shí)能幫助我們對(duì)宇宙中人類的時(shí)間和位置進(jìn)行徹底修正。但是，要完全檢驗(yàn)這個(gè)模型是否可行，我們必須等待新一代宇宙學(xué)實(shí)驗(yàn)的到來，所以讓我們等著慶祝成功吧。