宇宙并非永恒，英国物理学家：宇宙将在黑洞中不断毁灭重生

在一个遥远到万物皆已衰变为虚无、时间本身也停止流动的未来，这种永恒的湮灭时刻，是否会为整个时空带来一场炽热的重生？

围绕这一疑问，本次内容将聚焦于共形循环宇宙学（Conformal Cyclic Cosmology）。

该理论认为，人类可能正身处于一个循环宇宙之中——它逐渐消散归于虚无，而后又重新启动。此外，还会一并探讨其他一些宇宙学模型中的循环情境，这些情境或许会留下可供人类探测的遗迹。

一年前曾有一期讨论过"欧米伽点宇宙学"这一概念，即生命或将走向某种庞大、统一且永恒的意识。该概念在大挤压宇宙学（Big Crunch Cosmology）框架下曾颇为流行。

随着人类对暗能量以及宇宙加速膨胀现象了解的加深，这种宇宙学模型已渐渐失宠。不过正因为暗能量至今仍充满谜团，大挤压仍存在成立的可能路径。

而更早的两期节目《黑洞农业》与《铁星》则探讨了在恒星燃尽之后，生命仍可延续的另一种方案——即在宇宙永恒膨胀之下的"戴森永恒智慧"（Dyson's Eternal Intelligence）。

在这些讨论里，即便是一万亿年，也不过是深邃时间尺度中的一瞬。现代物理学告诉我们，宇宙起源于约138亿年前的一次大爆炸。

可在大爆炸之前，宇宙究竟以何种形态存在？眼前这个不断膨胀、看似浩瀚无边的宇宙，最终又是否会走向灭亡？

这些疑问长期以来横亘在天体物理学面前，也正是循环宇宙学试图回答的核心。大挤压情境的一个推论在于：宇宙可能先膨胀、再收缩，然后再度膨胀，形成循环式的大爆炸。

制作欧米伽点那期内容时，笔者希望进一步展开彭罗斯（Roger Penrose）提出的共形循环宇宙学——这一理论对永恒膨胀与循环宇宙都提供了新颖的思路。共形循环宇宙学的关键词在于"循环"。

它描绘出一个不断重启的宇宙起终点，与庞加莱回归（Poincaré Recurrence）有相似之处。庞加莱回归假设宇宙会随机重新洗牌回到最初状态，就像一副扑克牌洗得足够多次后终会重现某种旧有排列。

但这在一个正在膨胀的宇宙中难以成立；同样，如果宇宙加速膨胀，那么大挤压情境也难以自洽，除非驱动膨胀的能量停止发挥作用。而对暗能量的性质，人类难以做过多假设，因为它目前最"确定"的属性就是神秘：来源不明、原因不明，也不清楚为何似乎在不断增强。

值得注意的是，彭罗斯并非仅在理论层面提出假说。他曾从普朗克卫星记录的宇宙微波背景辐射中甄别出约30个所谓的"霍金点"，通过对这些异常点的分析，他认为这些痕迹携带着上一个宇宙走向终结时留下的信息。

按他的描述，这些霍金点很可能是上一轮宇宙演化末期，超大质量黑洞完全蒸发之后遗留下来的辐射印记。按这些数据推算，那些留下印记的黑洞直径都超过月球直径的八倍，每一个黑洞都拥有难以想象的巨大质量。

它们经历了漫长得几乎无法用常规时间尺度描述的蒸发过程，最终把自身的信息以极其微弱的辐射斑点形式，泄漏到了下一个宇宙的最早时刻。

若继续沿着"大撕裂"的图景推演：所需的能量恰好足以生成两对新的夸克，因此撕裂只会转化为更多夸克，从两对变四对、四对变八对，如此下去，也许会在各处引发新的局部大爆炸。

若真如此，很难想象如何让任何事物穿越这场撕裂原子的年代生存下去；哪怕是人类尺度上相邻的两物，也会散布在整个宇宙的广袤体量中。而且没有迹象表明这种撕裂过程会自行停止。

但也许它会停止，也许仍能传递某种信号。正如前面所言，能发送信号，就能发送一个人，或至少是一份意识副本。

回到共形循环宇宙学：它认为在一个古老且熄灭的宇宙中，没有任何能随时间衰变的事物残留——凡经历时间的一切都会消失，包括所有能感知时间的物质。

无质量的物体不经历时间，且所有无质量物体都必然不经历时间，如光子（光的粒子）、引力子（引力的粒子）、胶子（将夸克与原子核黏合的粒子）。可能还有其他，但人类如今已不认为中微子无质量，其他粒子也不能完全排除拥有极微小质量的可能。

假设它们真正无质量，那么在物质全部衰变之后，这些永恒粒子便留了下来；而光子在真空中无法进行对产生，因此应会保持原状。当然，"真正的真空"这一概念本身颇为可疑。

如前所述，在缺乏有意义的时间概念时，一个给定光子会跨越无限长的空间，与无数其他此类光子相交，从而在数学上等效于一个无限致密的点——与宇宙初始状态相同。

共形理念便在此处发挥作用，通过"共形重标度"（conformal rescaling），宇宙在重置的同时保持其结构形态，即那张被拉伸扭曲的方格纸上所有的角度关系，甚至包括黑洞与引力波等重大事件留下的印记。

因此可将其视为一种"暗能量永恒膨胀版"的大挤压或不完全庞加莱回归。2020年，已年近九旬的罗杰·彭罗斯获得了诺贝尔物理学奖。

除此之外，还有其他类似的宇宙学模型，如圈量子宇宙学、鲍姆–弗兰普顿模型，以及2001年由普林斯顿大学的斯泰因哈特与剑桥大学的图罗克提出的循环膜宇宙学；正是那一年笔者刚开始物理学研究生生涯，也是暗能量得到确认后不久。

还有他们与其他人在同一时期提出的"火焰宇宙学"（ekpyrotic model），旨在解释一些与宇宙相对较短年龄相矛盾的大尺度结构。究竟能否找到可行方式来检验这些理论，尚待时间给出答案。

它们都各有批评者与薄弱点，未来或将进一步探讨。回望这一整套构想，宇宙的图景已不再是一次孤立的大爆炸走向无尽膨胀，而更像一场永无休止的接力循环。

彭罗斯把黑洞视为宇宙信息的记录者，那些散落在微波背景辐射中的霍金点数据彼此不同，恰恰暗示着大爆炸和大撕裂并非只发生过一回。

若这一推断成立，那么每一次宇宙的终结都不再是彻底的湮灭，而是超大质量黑洞蒸发殆尽后，把上一轮所有记忆压缩进下一次爆炸的起点。