宇宙的起源比大爆炸更早吗？
记者/刘洪宇
最近，有英国和亚美尼亚科学家表示，他们发现了能够证明宇宙在大爆炸前就已存在的证据——在宇宙微波背景辐射(CMB)中存在“同心圆”，可能证明大爆炸前有事件发生。
仰望星空——宇宙的起源一直是人类关心和探求的终极话题。直到近世，随着科学技术的高速发展，有了科学上的宇宙起源于大爆炸的理论——绝大多数科学家相信宇宙是在大爆炸后产生的，但是对如何发生的爆炸还未有定论，英国天文学家的这一发现为宇宙的起源增加了一个新的注释吗？
低温“同心圆”来自更久远的宇宙？
辽宁日报：近来，英国和亚美尼亚科学家说通过对宇宙微波背景辐射的探测数据的分析，发现了12个同心圆，其中一些有5个圆环，说明一些天体在其历史上发生了5次大规模事件，这是首次发现吗？
张同杰：通过宇宙微波背景辐射的观测发现其存在同心圆的现象，是此类现象的首次发现，也是最新的有别于标准大爆炸宇宙起源的一种观测检验，引起了天文学家尤其是宇宙学家的注意，因为“宇宙从何而来，又会向何处去？ ”一直是天体物理和宇宙学的热点学术问题，当然也是公众特别是天文爱好者感兴趣的主题。
辽宁日报：这个同心圆和圆环是什么？如何理解？
张同杰：在解释他们发现的同心圆现象之前，首先了解一下宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射，是一种充斥于整个宇宙的微波黑体辐射。现在通过理论预言和实际观测都说明这个辐射属于宇宙大爆炸的遗迹，它的发现成为大爆炸理论的强有力证据——大爆炸发生时，宇宙的温度和密度极高，爆炸后膨胀慢慢降温，到约137亿年后的现在残留下了2.73K(K，开尔文，0K=－273℃，接近于绝对零度)左右的黑体辐射，并存在于宇宙整个时空范围内。其实，用我们日常生活中收音机和电视机也可以探测到这些夹杂着其他噪音的信号。目前宇宙微波背景辐射依然是探索宇宙起源问题最重要的信息之一，也是目前宇宙学家探测到的来自宇宙最远处的信息之一，对于认识宇宙起源很重要，美国宇航局的WMAP卫星就是专门用来观测和收集它的信息。宇宙微波背景辐射诞生的时刻在大爆炸后30万年左右，那时我们的银河系和地球都还没有形成。这次英国和亚美尼亚的天文学家发现的“同心圆”，其实是宇宙微波背景辐射温度分布图中呈现出的一个特征，这些特征是由于温度的变化造成的，即在各个圆范围内的辐射温度比平均温度低。
辽宁日报：温度低说明什么？
张同杰：周围的辐射平均温度都是2.73K，也是目前通常看到宇宙微波背景辐射的温度，被认为是137亿年前宇宙大爆炸时留下的，但是数据分析表明存在几个温度更低的环形区域，并且是同心圆形状的。英国天文学家首先得到这个结果，然后对这种现象做了解释：他们认为这些同心圆的存在来自于更久远的宇宙的撞击，即前大爆炸 (pre-BigBang)而不是目前天文学界普遍运用大爆炸理论解释的宇宙起源。
宇宙可能不止我们所处的这一个
辽宁日报：英国科学家的意思是不是说在目前我们所处宇宙之前还有宇宙存在？
张同杰：是的，对于这种现象的解释，英国天文学家主张一种多宇宙理论或者共形循环宇宙论：不仅在我们所处的这个宇宙之前有宇宙，也可能还有与目前我们所处的宇宙同时存在的其他宇宙，即并行宇宙。我们现在宇宙的产生是由在前宇宙时期的黑洞与其他宇宙的碰撞产生的，而在这个碰撞前还有许多类似的宇宙，这个复杂的过程导致的同心圆的特征存留在了我们现今的宇宙中。
辽宁日报：宇宙之外还有宇宙？那么我们能观测到吗？
张同杰：如果宇宙之外还有其他宇宙的话，以我们目前的科技水平和观测手段来说是不可能观测到的，因为它距离我们太远了——我们所处的宇宙的视界约137亿光年，而我们目前通过功能最强大的射电望远镜也只能探测到宇宙大爆炸后约30万年的图像，也就是刚才我们一直在讨论的宇宙微波背景辐射。这意味着我们还没有观测到宇宙大爆炸的时刻或者宇宙的尽头，更不要说大爆炸之前或者其他宇宙了。当然欧洲有个PLANK卫星正在向着试图观测到宇宙大爆炸的时刻冲刺，近期有可能发布它的最新结果。
辽宁日报：那么，对于英国天文学家关于 “辐射同心圆”的这个解释、说法能成立吗？
张同杰：我要强调的是，我们观测不到的，并不等于它不可能存在。首先，他们观测到的辐射同心圆的这个现象是非常有意义的，这个发现说明了我们的宇宙可能存在一种异于传统大爆炸理论出现的现象，这个反常现象足以引发我们对现有理论进行更加深入的关注和思考。那么这个现象是如何产生的呢？英国科学家的“共形循环宇宙学”理论给出了一种似乎合理的解释，但只能是一种可能的推理，这有点类似于破案——犯罪现场有某个人的脚印，那么这个人就有了作案的嫌疑，但并不能断定这个人就是作案人。
辽宁日报：其他科学家对这种解释是否有不同意见？
张同杰：有的，我手里就有两篇文章。他们也证实这些“辐射同心圆”的存在，但是不赞成英国科学家的观测到了前宇宙的结论。他们认为这些现象不违背现行的标准大爆炸宇宙论。因此在宇宙学界掀起了一场争论，当然这种学术争论对于科学的进步是有利的。科学就是在争论中向前发展的。
大爆炸之前可能还有大爆炸？
辽宁日报：那么英国科学家的解释违反了目前流行的宇宙起源于大爆炸的学说吗？
张同杰：目前宇宙起源是基于宇宙大爆炸的学说：宇宙起源于一次猛烈的大爆炸，当时密度极大，温度极高，有时称为奇点。这次大爆炸的原理一直被物理学家们用量子物理来试图解释。大爆炸使能量物质四散出去，时空从这一刻开始，宇宙空间不断膨胀，温度也相应下降，后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星是在不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。这幅大爆炸图景，是目前关于宇宙起源最可能的一种解释，被称为“大爆炸模型(BigBang)”。
然而，因大爆炸而产生宇宙的理论还有很多现象尚不能确切地解释，比如“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？于是有科学家从引力物理和量子物理的角度来计算和推导，提出诸如“超微黑洞”、“前宇宙”的一些理论，但一直没有实际观测的证据，这次英国天文学家发现的同心圆现象似乎给了一个很好的实例，而且这个对此现象的多源宇宙或前宇宙的解释并未完全否定现行的大爆炸理论，只是说在这个大爆炸之前还发生过多次大爆炸。
辽宁日报：是否可以说用前宇宙解释“辐射温度同心圆”的现象还需要更多的证据？
张同杰：是的，如果有其他的现象被观察到，比如目前宇宙存在着其他不符合137亿年前那次大爆炸后的特性。有了多种证据就可以有力地说明存在“前宇宙”甚至与我们这个宇宙并行的其他宇宙的可能性。
辽宁日报：我觉得关心宇宙的前世，其实更是人们关注宇宙未来的一种特殊表现——我们宇宙的未来能不能和前一个宇宙有同样的命运、相似的故事？
张同杰：美国发射的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP卫星)对宇宙微波背景辐射7年的观测和重子声学振荡的观测等结果表明，宇宙的年龄约是137亿年，在宇宙的组成成分中，4%左右是一般的呈现吸引力的发光物质或者叫做重子物质，22%左右是不发光的只呈现吸引力的暗物质，74%左右是具有排斥力的“暗能量”。宇宙目前的膨胀速度约是71公里每秒每百万秒差距，宇宙空间集合是近乎于平直的，它经历过早期的暴涨、中期的减速和现在加速膨胀的过程，并且会一直膨胀下去。
辽宁日报：为什么会膨胀下去？
张同杰：宇宙现在之所以加速膨胀是由于宇宙学家称之为 “暗能量”的神秘的斥力作用导致。这是目前最可信的宇宙学观测结果对我们宇宙的解释。这与1998年前一种看法不同，这个看法认为我们的宇宙被只呈现吸引力的物质主导，呈减速膨胀、并且有可能被重新拉回到大爆炸的命运。人们期望我们的宇宙的命运是美好的，也期待着我们的家园——地球在伤痛中复苏，免受更大灾难的破坏。社会的稳定需要和谐，我们的宇宙也需要和谐，如果在某时某处出现不和谐，它就会自我调节使之走向和谐。
专家档案DANGAN
张同杰 北京师范大学天文系教授、博士生导师；北京大学高能物理研究中心青年学者。研究方向：标准宇宙学的理论和观测检验，修改引力理论与宇宙动力学，量子宇宙学，暴涨宇宙学，宇宙大尺度结构的形成和演化，宇宙学计算机数值模拟等。
