科学家提出宇宙起源于四维恒星塌缩

黑洞的视界是一个球体。在更高维度的宇宙中，黑洞可能有一个三维视界，因此创造了一个全新的宇宙。

照片来源:victor de schwanberg/science photo library

这份报纸新闻可能试图向大爆炸说再见。宇宙学家现在推测，当一颗四维恒星坍缩成一个黑洞时，它喷出的碎片形成了我们的宇宙——这一假设可能有助于解释为什么宇宙从各个方向看都如此一致。

标准的大爆炸模型告诉我们，宇宙是从一个无限密度或奇点爆发出来的。但是没有人知道是什么引发了疫情:已知的物理定律无法告诉我们当时到底发生了什么。

加拿大滑铁卢圆周理论物理研究所的天体物理学家尼亚耶什·阿夫肖尔迪说:“所有的物理学家都知道龙可能已经飞出了奇点。”

与此同时，科学家很难解释为什么如此猛烈的大爆炸留下的宇宙温度几乎完全一致，因为自宇宙诞生以来似乎没有足够的时间达到温度平衡。

对大多数宇宙学家来说，对一致性最合理的解释是，在宇宙形成后不久，一些未知形式的能量导致年轻的宇宙以比光更快的速度膨胀。这样，我们今天可以看到温度大致相同的宇宙。但阿夫肖尔迪强调:“大爆炸太混乱了，所以很难知道这种膨胀是否真的存在。”

在上周由arXiv预印服务器发布的一篇论文中，阿夫肖尔迪和他的同事们将注意力转向了一个研究小组在2000年提出的假说，该研究小组包括慕尼黑路德维希马西米兰大学的物理学家吉亚·德瓦利。在这个模型中，我们的三维宇宙是漂浮在具有四个空间维度的“身体宇宙”上的薄膜。

阿夫肖尔迪的研究小组意识到，如果大宇宙包含自己的四维恒星，其中一些将会坍缩并最终形成四维黑洞——类似于我们宇宙中大质量恒星的运行方式。这些四维恒星会像超新星一样爆炸，并猛烈地喷射出外层物质，而内层物质则坍缩成黑洞。

在我们的宇宙中，黑洞是由一个叫做地平线的球体连接起来的。由于普通的三维空间需要一个二维物体(一个表面)来创建黑洞的内部边界，所以大宇宙中四维黑洞的视界应该是一个三维物体——一种叫做超空间的形状。当阿夫肖尔迪的团队模拟一颗四维恒星的死亡时，他们发现喷射出的物质可以在三维视界周围形成一个三维薄膜，并缓慢膨胀。

研究人员假设我们生活的三维宇宙可能就是这样一个膜，我们检测到的膜的生长被认为是宇宙的膨胀。阿夫肖尔迪说:“天文学家已经观察到了这种膨胀，并认为宇宙必须从一次大爆炸开始——但这只是海市蜃楼。”

这个模型自然也解释了我们宇宙的一致性。由于四维宇宙在过去可能已经存在了无限的时间，它有足够的机会使不同区域的四维宇宙达到平衡，我们的三维宇宙可能继承了这一点。

膜宇宙学是物理学中超弦理论和M理论的一个分支。它专门研究宇宙膜。该理论认为宇宙实际上嵌在一些更高维度的膜中。这门学科还研究高维膜如何影响我们的宇宙。

(赵茜·Xi)

《中国科学报》(国际版，第二版，2013年9月17日)