宇宙學(xué)是一個神秘而迷人的領(lǐng)域。它探討的問題有很多，比如宇宙的形狀是什么？宇宙中又包含了什么？ 宇宙又是如何開始的？
宇宙的演化，從左邊的大爆炸到右邊的現(xiàn)代宇宙。| 圖片來源：NASA
回到大約138億年前，在大爆炸之后宇宙經(jīng)歷一次極其快速且短暫的暴脹時期，從而抹平了空間中的曲率，造就了我們所觀測到的平坦的宇宙。自那之后，宇宙持續(xù)的膨脹、冷卻和演化。在不同的地方，粒子會聚集逐漸形成星系和恒星。
這張近紅外圖中顯示了銀河系周圍的星系分布：藍(lán)色的是離我們最近的，紅色的是離我們最遠(yuǎn)的。中線的明亮地帶就是銀河系。這張圖的繪制來自于超過150萬個星系的數(shù)據(jù)。| 圖片來源：Thomas Jarrett / IPAC / Caltech
這樣一幅簡單的圖景被稱為暴脹理論，它與迄今為止的所有觀測結(jié)果都相吻合，也受到大多數(shù)宇宙學(xué)家的青睞。但是，它背后所蘊含的一些含義卻令部分宇宙學(xué)家不安：在時空的大部分區(qū)域，這種快速的膨脹永遠(yuǎn)不會停止，因此這就勢必會產(chǎn)生多重宇宙。
普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)家Paul Steinhardt是暴脹論的提出者之一，然而后來的他卻轉(zhuǎn)而成為了這一理論的批判者。近年來，他與其他一些科學(xué)家提出了周期性宇宙的概念，認(rèn)為宇宙會周期性地膨脹和收縮，此時的宇宙正處于這種“創(chuàng)造”與“毀滅”的永恒循環(huán)中的最新一輪中。
通過與專門研究廣義相對論計算模型的Frans Pretorius一起，Steinhardt與德國馬克斯普朗克引力物理研究所的宇宙學(xué)家Anna Ijjas分析了一個正在坍縮的宇宙是如何改變自身結(jié)構(gòu)的。
在暴脹模型中，暴脹過程就像是在吹氣球，它負(fù)責(zé)讓膨脹的宇宙變得平滑和平坦。這就像是在氣球上放有一只螞蟻，在此過程中，螞蟻會像是通過一個越來越強大的放大鏡來觀測一切，它所能看到的距離縮小了，世界變得越來越“平平無奇”（沒有明顯特征）。
而對于周期性宇宙模型，Steinhardt和合作者想象了一個在某種無處不在的能量場的驅(qū)動下，已經(jīng)膨脹了約一萬億年的宇宙。當(dāng)這個能量場最終變得稀疏時，宇宙開始慢慢收縮，然后在數(shù)十億年的時間里，收縮將一切距離拉近，但并不會全部收縮到某一點上。收縮使得能量場重新“蓄能”，使宇宙變熱，于是大反彈便再次隨之而來，開始新一輪的循環(huán)。宇宙變得平滑，就發(fā)生在收縮期間，一個被稱為哈勃半徑（能夠看到的最大距離）的度量在這一時期發(fā)生了翻天覆地的變化，它猛地收縮最終變成微小的距離，確保了平滑和平坦。
循環(huán)宇宙模型：宇宙沒有開始也沒有結(jié)束，周期性的收縮能讓宇宙結(jié)構(gòu)變得平滑。| 圖片參考來源：Quanta Magazine
