每一种都很烧脑，除了「大爆炸模型」之外4个其他的宇宙起源方式
著者：黄姤 / 黄媂
@天体生物学 / @太空生物学
在上个世纪60年代开始， 以「宇宙微波背景辐射」的发现为标志，「大爆炸模型」逐渐成为宇宙学研究的范式，经过「暴胀模型」的微创手术，经过加速膨胀的考验，“大爆炸”已经几乎是路人皆知的名词了。您也许不知道，除了「大爆炸模型」，科学家还在绞尽脑汁想着宇宙是否可能有其它的起源呢？毕竟宇宙起源于大爆炸这样一件事情并没有被理论和实验作实，这就好比公元二世纪的「地心说」一样，所谓那个时代与天文观测符合程度最高的理论·「日心说」，最终还是不可避免的被丢在了历史的垃圾桶中。
目前，「大爆炸模型」与实验和观测的数据符合的程度也很高，但是不能排除的是，以后更聪明的人类会有更多的新发现，「大爆炸模型」也会被他们遗弃，毕竟科学在发展，我们在不断纠正前人的错误，后人也会做同样的事情，所以这篇文章就来聊一下——如果宇宙不是起源于大爆炸，还有多少种起源方式呢？
第1个挑战者就是——「准稳恒态宇宙模型」
人们最初认为宇宙始于大爆炸的线索是哈勃发现的星系远离，如果星系正在远离，那么顺着时间的链条向前追溯，星系之间就会彼此相互靠近，最终不可避免地挤压成为一个“点”。「大爆炸模型」的支持者认为宇宙正是从这个“点”开始起源。
可是上个世纪40年代起，英国人霍伊尔却有另外一种想法，他认为宇宙没有开始和结束，是永远存在的，在宇宙膨胀的同时，物质也在不断地被创造出来，空间扩张所带来的真空区域，被这些新生的物质占据，这样宇宙就不会像「大爆炸模型」所说的那样，从一个“点”起源，而是能够永恒的存在下去。「稳恒态模型」和「大爆炸模型」之间的争论，最终的结果是「稳恒态模型」失败了。但是在90年代这个模型又一次卷土重来，霍伊尔提出了「稳恒态模型」的修正版本——「准稳恒态宇宙模型」。
这个模型要求宇宙在膨胀和收缩之间来回摆动，就像一根弹簧一般，在两次膨胀之间有一次规则的收缩阶段，每当收缩变为膨胀的时间点，就发生一次宇宙小爆炸，在这个小爆炸中物质被创生，维系着宇宙中物质密度的平衡。在「准稳恒态宇宙模型」中，宇宙并没有一个创生的时刻，不存在什么大爆炸，而是由无数个小爆炸组成的。
很遗憾的是，这个模型依然无法解释我们所观测到的「宇宙微波背景辐射」，所以支持他的人并不是很多。
第2个挑战者就是——「高维空间碰撞理论」
上个世纪的90年代，一种新的物理理论逐渐在科学界兴起，那就是「弦理论」。「弦理论」的提出就是为了一个大统一，宇宙中4种基本力：万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力，「弦理论」有望统一这4种力，成为大统一的理论。在「弦理论」中有一个关键点，那就是——空间是超过三维的。
在我们的日常生活中能够被感知的维度有四个，其中空间有三个维度，时间有一个，而「弦理论」认为存在着比我们日常生活所见4个维度以外的维度，一共有十一个维度，这些维度我们无法感知，就像我们无法感知红外线和超声波一样，在「弦理论」所构成的十一个维度的高维时空中，我们的宇宙是镶嵌在更高维空间中的“四维岛屿”或者说是一个“四维的膜”。我们无法感知到相邻的“膜”，因为物质、时间和辐射都只能在膜内运动，无法穿过。
我们的宇宙就像是一个面包片，我们就生活在这个面包片上，虽然厨房中还有很多面包片，但是我们无法逃离面包片，其他的面包片我们无法感知。于是在更高的维度看来，两个膜就可能发生碰撞，这就好比某个屋子中全部都是会飞的面包片一样，两个宇宙随时会发生碰撞，我们的宇宙在一个膜上，另一个宇宙在另外一张膜上，这两个世界被困在了两张膜上。
但当两张膜发生碰撞的时候，膜的动能就会转化成为热能，能量就转化成为物质，将宇宙加热到极高的温度。当膜碰撞后分开它们就充满了由碰撞产生的物质和辐射，就能创造新的原子、分子、恒星和星系，这次碰撞对于生活在膜上的生命来说，就相当于发生了一场大爆炸，而当膜再次发生碰撞时，还会再来一场大爆炸，这个理论与传统的「大爆炸模型」的区别是——爆炸不能够作为宇宙的开端，因为宇宙在爆炸之前已经存在了，而且随时可能迎来下一场的爆炸。
如果我们真的生活在一张膜上，而另外一张膜离我们也不远，我们看不到另外一张膜，因为光只能在膜内旅行不能穿过两膜之间的空间，然而我们可以感受到另一张膜中物体的引力，对于我们而言，它们就像是暗物质一般，只有引力，其他什么我们都不知道，因此这个理论还能在一定程度上解释暗物质的存在。
但是，这个理论目前只能是一种说法，因为很难证伪，毕竟它的前提是存在更高的维度，更高的维度本身是无法被感知的，去证实这个问题很可能会陷入一种死循环中。
第3个挑战者就是——「循环宇宙理论」
该理论认为，随着宇宙的不断膨胀，最终将会达到一个极限，在极限后开始收缩，在到达另一个极限后出现反弹又继续膨胀，如此周而复始，演绎一个又一个的轮回，在这个模型中，宇宙似乎就是一个气球，被吹大后然后把气放光，然后再吹大。
这个理论的支持者认为，虽然现在的宇宙正在加速膨胀，但是总有一天宇宙中的暗能量会屈服于万有引力，膨胀结束宇宙就会开始收缩的过程，而收缩到一定程度时，宇宙会再来一次大爆炸，然后接着膨胀，这样周而复始，宇宙会以每次大爆炸为分界，不断地循环，一个宇宙结束的时候另一个宇宙就开始了，那么如何证实这个理论呢？
一些科学家认为，对于我们无法触及的大爆炸之前的上一轮宇宙，如果它真的存在，或许在它结束的时候，某些天文现象能够在新的一轮宇宙中留下独特的印记。英国物理学家罗杰·彭罗斯就是一位 「循环宇宙学说」的强烈支持者，他可以说是当代最具影响力的理论物理学家之一了，与霍金一同证明了「起点定理」的是他，著名的「宇宙监督假说」的提出者也是他，著名的科普书《皇帝新脑》的作者还是他。
彭罗斯的想法总是脑洞大开，极富争议，「循环宇宙学说」就是其中之一，彭罗斯一直致力于在这个宇宙中发现上一个宇宙存在的证据，在寻找它的时候就要找到这个宇宙刚开始形成时留下的证据，可这是不现实的。因为到目前为止，我们能够探究到的最早的来自宇宙的信号就是宇宙大爆炸之后30万年的宇宙微波背景辐射。即便到了宇宙大爆炸后的30万年，上一个宇宙还是有可能留下印记，彭罗斯在宇宙微波背景辐射的图像中，找到了一些非常异常的环，这些环的内外存在巨大的温差，我们都知道早期宇宙的密度涨落非常小，不太可能出现巨大的温差，对这个奇异的环只有一种解释，那就是它来自于上一个宇宙。
彭罗斯说，在上一轮宇宙收缩的过程中，一个超大质量的黑洞蒸发释放出了霍金辐射，而当宇宙终结的时候，黑洞已经蒸发完毕，但是霍金辐射保留了下来，在宇宙微波背景辐射中形成了环形的印记，为了表达他对老搭档霍金的敬意，彭罗斯便将这类点命名为「霍金点」。彭罗斯和他的同事在宇宇宙微波背景辐射的图像中，一共找到了20个存在温度差异的“可疑圆环”，也就是20个「霍金点」。
这些点真的是上个宇宙留下的痕迹吗？虽然彭罗斯相信不疑，可是还是有一些其他科学家提出不同的意见：
一位德国的理论物理学家就认为，如果存在上一个宇宙的话，那么在宇宙微波背景辐射的图像中，应当会存在上百万个「霍金点」，然而算上那些比较可疑的点，彭罗斯一共才找到了20个，因此他质疑「霍金点」成立的可信性。
也有人认为，宇宙微波背景辐射本身充满了随机特征，人眼本身就很容易被迷惑，不小心做出一件错误的判断是非常正常的事情，即便他是伟大的物理学家彭罗斯。
第4个挑战者就是——「模拟宇宙理论」
对于这个理论先从一个电影说起，不知道大家是否看过科幻电影《源代码》，电影的男主角生活在一个不真实的世界中，每次只能待在那里8分钟，这个事件是被科学家用数字模拟出来的，在理论上8分钟内所有涉及到的人和事物都是可以进行数字化的，我们完全有能力将它们全部写入代码之中，让这个模拟的世界运行在某台超级计算机上，许多开放世界的游戏，实际上也是模拟出来的真实世界，只不过游戏对现实世界的模拟不是很完全，我们在游戏中也并不是能够想干什么就干什么，这是因为我们打游戏的计算机能力还十分有限。可是在计算能力不受约束的时候，所有人的生活都是可以被模拟的，那么宇宙是不是也能够被模拟呢？
答案是肯定的。
事实上已经有相当多的科学家正在做这件事情了，我们只需要给宇宙一个初始的参数，包括万有引力常数、真空介电常数、真空导磁率、真空的光速、普朗克常数、电子或质子的电量等等，然后让宇宙在计算机中运行起来，如果不考虑计算机的计算性能极限的话，那么事实上在这台计算机中就有了一个完整的宇宙，科学家其实也在做着宇宙的模拟，只是我们的计算能力非常有限，即便是超级计算机在模拟宇宙时也是不够用的，我们所能模拟的宇宙只是片段的、有限的、不完整的。
比如2017年曾经报道过，我国的超级计算机神威太湖之光，它模拟了宇宙的形成和早期扩张，而这个宇宙号称是最大的虚拟宇宙，我们虽然没有能力模拟整个宇宙，可是如果宇宙中存在一种超乎我们想象的超级文明，它们已经有了无法想象的超级强大的运算能力，那么它们是有可能去模拟宇宙的。不仅如此，它们很可能模拟很多个宇宙，每个宇宙都有着略微不同的初始条件，有着不同的演化路线和演化结果，在这种情况下我们几乎可以确定，我们生活在超级文明模拟的宇宙中，这是因为模拟宇宙的数量很可能非常多，而原版的宇宙只有一个，我们处在原版的宇宙中的概率几乎为0，数字模拟宇宙理论可以说是缸中之脑的升级版，我们一样很难证伪，如何证明自己活在虚拟的世界中呢？
图解：神威太湖之光
回答这个问题之前先把它转移成为另外一个问题，那就是如果我是某个游戏中的NPC，如何证明自己只是一个游戏中的人物呢？有一点是可以作为考虑的，那就是找游戏的bug，因为没有bug的程序是不存在的，作为游戏的NPC，你会发现你只能做几个固定的动作，只能待在某个地方杵着，有人来了以后只能跟他们说几句固定的话，卖几件固定的装备，这明显不符合自由意识原理，你甚至可以看到一个瘦弱的女战士，一脚就踢飞了一个猛兽，她自己却纹丝不动，这明显违背动量守恒定律，明显是bug。
但是在游戏的世界中，根本就不存在什么自由意识原理，也不存在什么动量守恒定律，所以作为游戏的NPC，你可能根本不知道这些原理和定律，甚至如果你发现外面的世界存在这些原理和定律，你会认为外面的世界很奇怪，有bug，认为外面的世界是不真实的。
通过上面的讨论我们大致能够得出这样的结论，那就是_如果我们生活在模拟的宇宙中，我们也很难发现模拟的宇宙中存在bug，我们会将这些bug当做宇宙的运行规律，虽然我们并不知道为什么是这样，因此我们几乎无法确认自己是生活在模拟的宇宙中还是生活在现实的宇宙中。
在数字模拟宇宙理论中，我们所处的宇宙确实起源于一次大爆炸，但这次大爆炸的原因可能只是超级文明的某个操作员点击了一下回车键，于是一个适合生命存活的宇宙开始在计算机中被模拟出来，并一直演化到今天，如果是这样的话，这就意味着模拟这个宇宙的先进文明是真实的，而我们是虚拟的。
这个理论也有人质疑，他们认为现实世界的复杂性远远超乎我们的想象，完全地模拟宇宙是一个计算量超大，无法完成的任务。量子具有不确定性，宇宙也很可能是无限的，我们也许只能在量子不确定性允许的范围内模拟整个宇宙的一个小部分，这种说法似乎更容易接受一些，因为我们就不需要在所谓的虚拟世界中生活了。
以上就是除了「大爆炸模型」之外4个其他的宇宙起源方式，每一种都很烧脑。