从粒子到宇宙，从膨胀到坍缩，宇宙逃脱不了轮回的命运

两件事情让我敬畏：布满星星的天空和隐藏在其中的人的精神世界。——爱因斯坦

爱因斯坦的广义相对论是二十世纪人类最伟大发现之一，虽然广义相对论可以解释大量令人着迷的天体物理学和宇宙学现象，在最大尺度上，宇宙的某些性质仍然是一个个外界之谜。

图注：早期宇宙中微小的量子涨落解释了宇宙大尺度结构的两个主要奥秘，即宇宙的极小和极大。宾夕法尼亚州立大学研究人员的一项新研究使用量子环引力理论来解释这些神秘现象，而爱因斯坦的广义相对论认为这些现象是反常的.

最近一项使用环量子宇宙学理论的新研究解释两个宇宙学的主要谜团。

环量子宇宙学是一种利用量子力学将引力物理学扩展到爱因斯坦的广义相对论理论之外的理论，试图将广义相对论的原理与量子力学的原理有机地结合起来，其核心思想在于构建一个不依赖于时空背景的量子引力理论。

这个理论认为宇宙空间的差异发生在最微小的尺度上，即甚至比质子还要小得多的粒子的变化，但它们却产生了宇宙中最大的可达尺度上的影响。

虽然放大后的宇宙图像看起来相当均匀，但它的内部存在极大不均匀的结构，例如星系和暗物质不是均匀分布在整个宇宙中。不均匀结构的起源可以追溯到宇宙微波背景中观察到的微小的不均匀性。宇宙微波背景是宇宙在38万年前发出的辐射，我们今天仍然可以看到。但是宇宙微波背景本身有三个令人困惑的特征，这些特征目前看来是异常的存在，因为它们很难用已知的物理学来解释，这表明我们人类生活在一个异常的宇宙中。

《自然天文学》杂志最近发表的一项研究对其中一种异常现象提出了解释，即宇宙空间是弯曲的，而不是之前认为的平面，这一发现让宇宙学可能面临重写，但是这个发现也需进一步的验证。

然而，利用环量子宇宙学，科学家自然地解决了一些异常现象，避免了潜在的危机

。

图注：这张图表显示了宇宙的进化，根据循环量子起源的范式。

过去三十年对宇宙研究，极大地提高了人类对早期宇宙的理解，包括宇宙微波背景下的不均匀性是如何产生，这些不均匀性是早期宇宙不可避免的量子涨落的结果。在早期的宇宙高度加速的膨胀阶段，这些原始的，微小的量子波动在重力的影响下被拉伸，造成了在宇宙微波背景下观察到的不均匀性。

爱因斯坦的广义相对论理论将时空视为一个平滑的连续体，犹如一件衬衫，看起来像一个二维表面，但仔细观察，你会发现它是由密集的一维线编织而成，同样宇宙的时空结构就是由类似量子线编织而成。爱因斯坦的物理学就是基于这个连续统一体，而环量子宇宙学允许科学家超越广义相对论所描述的连续统一体。

科学家对早期宇宙的研究的环量子宇宙理论取代传统的奇点大爆炸的观点，即宇宙从无物中诞生，通过大弹跳，我们当前膨胀的宇宙是从超级压缩的质量中诞生，而超级压缩的质量是宇宙在之前阶段收缩时产生的。科学家发现，所有广义相对论所解释的宇宙的大尺度结构，都同样可以用环量子宇宙学的方程式来解释。不仅如此，在新的研究中，研究人员确定环量子宇宙学下的暴涨也解决了广义相对论下出现的两个主要反常现象。

环量子宇宙学理论认为的宇宙原始波动发生在大约比质子半径小20个数量级的小普朗克尺度上，在这个难以想象的小尺度上对宇宙暴涨的修正同时解释了宇宙中最大尺度上的两种反常现象，将宇宙中极小和极大的存在统一的联系起来。

众所周知，我们的宇宙正处于加速膨胀过程中，但是如果无限膨胀下去，自然要面临熵寂，由此就演化出了大冻结之类的宇宙演化论，此时的宇宙已经处于极为无序度的状态，也就没有了生机。

环量子宇宙论也认为也许有一天宇宙将会坍缩，也就说是宇宙在经历加速膨胀后重新由引力主导，由此产生的结果就是大挤压，所有的宇宙物质都被压缩在一个“小硬球”里，即普朗克尺度内。但是这种膨胀和坍缩过程交替轮回，宇宙总有一天会重启，而那时候人类将会如何呢，人类会如同《三体》中程心那样，给下一个宇宙传递文明存在的信息吗？

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