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宇宙有轮回吗?庞加莱回归证明,一切都会重演无数次

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在一个极度遥远的未来,一切都已衰变成虚无,连时间本身也不复存在。

这样一段永恒的湮灭时刻,是否会带来一场炽烈的复活,让空间与时间重新降临?

围绕这个问题,需要讨论的是共形循环宇宙学——它提出我们可能生活在一个先淡出至无、再重启的循环宇宙里;同时也会谈到其他宇宙学模型中那些可能留下痕迹、可供我们探测的循环情景。



曾有一次专门探讨奥米茄点宇宙学的讨论,也就是生命最终可能会汇聚成某种庞大、统一且永恒心智的设想。

这一思路在"大挤压"宇宙学盛行时颇受欢迎,但随着人们对暗能量的认识不断加深,加之我们所处宇宙正在加速膨胀,这套观念已经逐渐失去主流地位。不过正因为暗能量至今仍是个谜,"大挤压"依然存在某些可能发生的路径。

在此之前的《黑洞农场》与《铁星》两次讨论,探讨过永恒膨胀的另一种情形,即在恒星燃尽之后,生命仍然可以延续下去,这就是戴森所构想的"永恒智能"。

那两次是《时间尽头的文明》系列的开端,而《奥米茄点》是该系列最新的一环,试图厘清文明在宇宙不同结局下如何延续。在这些讨论中,深时的尺度被拉到即便一万亿年也不过一眨眼。



大挤压情景带来的一个推论,是宇宙也许会膨胀、收缩,然后再度膨胀——也就是循环的大爆炸。而在收尾《奥米茄点》的时候,很有必要再展开谈一谈罗杰·彭罗斯提出的共形循环宇宙学,因为这套理论对永恒膨胀与循环宇宙都提出了一种新颖的处理方式。

共形循环宇宙学的关键词就是"循环",这是一种关于宇宙始与终、并且不断重启的模型,思路与庞加莱回归有些相似。所谓庞加莱回归,是假设一个宇宙会随机重新洗牌回到它最初的状态,就像把一副扑克牌洗足够多次,总会重复出现某种最初的排列。

关于这一点,历史其实早有铺垫。

1890年,法国数学家亨利·庞加莱在研究三体问题时,推导出了一个足以震惊整个科学界的结论:在一个封闭的系统中,只要时间足够长,所有的粒子最终都会回到它们最初的位置和状态。



换句话说,只要你愿意等,一颗被打碎的鸡蛋,从数学上讲,蛋黄和蛋清确实有可能自动缩回蛋壳里,重新变回一颗完好的生鸡蛋。这不是童话,而是一道严谨公式给出的、宇宙最残酷同时也最迷人的真相。

回到共形循环宇宙学的思路:在极度古老、燃尽的宇宙里,剩下的东西已经不再能随时间衰变;也就是说,任何经历时间的物体都消失了,我们通常理解的物质也随之不再存在。只有无质量的对象才不经历时间,而所有无质量的粒子都必然如此。

当前所知的无质量粒子包括光子(光的粒子)、引力子(引力的粒子)以及胶子(把夸克与原子核粘在一起的粒子)。

也许还有其他,但如今人们不再认为中微子是无质量的,而对上述三种粒子是否绝对无质量也无法百分之百确定,它们完全有可能存在极其微弱的质能比。假设它们确实完全无质量,那么在其他物质都已衰变的时代,就只剩下这些永恒的粒子。



而由于光子在空虚空间中不能进行对偶产生,它们会一直保持下去。当然,"真正的空虚空间"这一概念本身也并不牢靠。

要想直观感受这种"燃尽"意味着什么,可以把时间尺度再拉远一点。

大约50亿年后,太阳将耗尽氢燃料,膨胀为一颗恐怖的红巨星,水星和金星会被瞬间吞噬,地球的海洋将被蒸发殆尽,山脉化为熔岩,所有人类存在过的痕迹,从金字塔的石头到互联网服务器里的数据,都将被彻底抹除。而这,仅仅是漫长深时里的第一步。

恒星熄灭、黑洞蒸发所需要的时间,与共形循环宇宙学所描述的那个终点相比,才只是刚刚起步。



在时间概念失去意义之后,一颗光子会在无限长的空间中延展成一条无限长的波纹,与无数其他同类光子相交,其数学效果等价于一个无限致密的点,与宇宙初生时的情形相同。

而"共形再标度"的作用便在于此:宇宙在重置的同时保留其结构的形状——保留那张被拉伸、被扭曲的方格纸上所有的角度,包括黑洞和引力波这些巨大天体与事件留下的印记。

在这个意义上,可以把它视为把大挤压或庞加莱回归"移植"到暗能量永恒膨胀情景下的一种版本,只不过这里的重置并非百分之百。



那么,这样的重启究竟遥远到什么程度?粗略估算给出的时间表大约是10的56次方年,这是一个大到人类语言难以描述的数字,也让"永恒"这个词第一次显得像一个可以被写进公式的量。

数学并不承诺时间的短促,但只要它承诺发生,那件事就迟早会发生——一个不动声色的推论,却几乎重写了人们对"重来一次"的全部想象。



如果宇宙终究会以某种方式回到出发点,那么在"重来"到来之前,是否还有机会把信息、结构乃至心智从旧宇宙送进下一个宇宙,就成了一个非常现实的追问。

在被撕裂到原子都被撕碎的时代进入新宇宙;任何在人类尺度上分离的事物都会被分散到整个宇宙的体积中,况且没有理由认为撕裂过程会停止。但也许它确实会停止,也许仍可以送出信号;一旦能传信息,就能传送一个人,或至少是心智的副本。

这套理论并非独此一家,与之类似的还有圈量子宇宙学、鲍姆–弗兰普顿模型,以及2001年由普林斯顿大学的保罗·施泰因哈特与剑桥大学的尼尔·图罗克提出的循环膜宇宙学。

同一时期,这两位学者与另外几人还共同提出了"火劫模型",试图解释宇宙大尺度结构与其相对短暂年龄之间的矛盾。时间会告诉我们,是否有办法真正意义上地检验这些理论。



它们都各有批评者与弱点,未来仍有很多空间可以进一步展开。

庞加莱在1890年写下的那个结论,本意只是解一道三体的数学题,却意外撬动了后来一整套关于时间与终点的想象;从大挤压到永恒膨胀,从奥米茄点到共形循环,理论各不相同,却都在回应同一个古老问题——宇宙究竟有没有尽头。

答案或许并不是"有"或"没有"这样简单,宇宙可能不会真正结束,而是会在几乎无法想象的漫长岁月之后,把自己重新洗牌、重新展开,把黑洞与引力波留下的印记,当作从上一轮悄悄递过来的字条,写在下一轮时空的第一页上。



至于人类,那些被红巨星吞噬的城市、被蒸干的海洋、被抹去的数据,在10的56次方年的尺度上,只是无数次重演里一次极其短暂的闪光;但如果庞加莱回归是对的,这束闪光,本身也会在无穷的将来被再次点亮,一次,又一次,直到永远。

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