互动科普

基于超弦理论还提出过另一个宇宙诞生模型，这就是所谓的“膜世界”假说。按照膜世界假说，我们这个宇宙不过是飘浮在高维空间中的一张“膜”(膜宇宙）。在高维空间中可以漂浮着许多个膜宇宙，各个膜宇宙所遵循的物理规律互不相同。

不过，我们被完全禁锢在这个膜宇宙内，我们既不可能去到其他的膜宇宙，也不可能有物体从其他膜宇宙来到我们这里。由于连光也被禁锢在膜宇宙内，我们根本不可能看到其他的膜宇宙。但是我们的宇宙所以成为现在这个样子，根据理论推测，必定是因为还存在着其他膜宇宙的缘故。

2001年，美国物理学家保罗·斯泰恩哈特（1952～）和南非物理学家尼尔·图洛克（1958～）两人提出一种被叫做“火宇宙论”的宇宙模型，在这种模型中是将两个膜宇宙互相吸引发生碰撞的瞬间视为我们这个宇宙的诞生。

按照相对论，能量可以转化为物质的质量。在斯泰恩哈特和图洛克提出的火宇宙模型中，两个膜宇宙发生碰撞的能量转变成了物质和光。刚诞生出物质和光的宇宙处在一种高温高密度的状态，这就是“大爆炸”。此后，两个碰撞的膜宇宙分离开来，此后要在遥远的将来才会再次发生碰撞。在这个火宇宙模型中，宇宙反覆地处在无限的过去和无限的将来之中，永远存在，既没有终结，也没有开端。

本文中所介绍的这些宇宙诞生模型如今尚都处于假说阶段。不过，这些模型中也有一些可以用观测来加以检验。例如，由亲宇宙诞生子宇宙的模型，如果诞生子宇宙的频度足够高的话，便有可能观测到两个子宇宙发生碰撞的迹象。

揭开宇宙诞生之谜的那一天也许还十分遥远。但是我们决不会因此而灰心。正是在不知道谜底的好奇心的驱使下，我们一面仰望着夜空，一面任思想自由飞翔，想象这个世界具有怎样的开端，那也是一种享受呢！

描绘出一幅奇妙宇宙图像的“膜世界”宇宙论

图左边表现的是被称为“膜世界”的一种宇宙论所描绘的我们这个宇宙的样子，右图表现的是基于这种宇宙论提出的宇宙诞生模型之一“火宇宙模型”所描绘的我们这个宇宙诞生的过程。

按照基于超弦理论提出的被称为“膜世界”的一种宇宙论，我们这个宇宙不过是飘浮在高维空间中的一张膜，在此高维空间中还应该漂浮着许多其他的膜宇宙。每一个膜宇宙都是一个多半具有不同物理规律的世界。推测有膜宇宙存在，这是美国物理学家约瑟夫·普金斯基在上世纪90年代中期根据弦理论从理论上推导出来的。

在“火宇宙模型”中是假定早就存在着其他的膜宇宙来说明我们这个宇宙的开端。起初，我们这个膜宇宙与另一个膜宇宙互相吸引，逐渐靠近（1）。两个膜宇宙发生碰撞（2），这就是大爆炸。此时诞生出物质和光（3）。此后，膜宇宙一面膨胀一面冷却，逐渐形成恒星和星系，最后就变成了现在这个样子（4）。

在维兰金和霍金提出的宇宙诞生模型中也有大爆炸，但是在他们的模型中，起初是一个非常小的宇宙发生急遽膨胀（暴胀），这种暴胀的能量在暴胀结束时转化为物质和光，这才使宇宙处在充满了物质和光的一种高温高密度状态（大爆炸）。与此不同的是，在火宇宙模型中是两个什么也没有的无限大的宇宙膜互相碰撞，在碰撞时出现了大爆炸。

（本文发表于《科学世界》2013年第7期）