你可能曾坚信，宇宙是随着一声轰鸣诞生的。我也曾如此深信不疑，直到十年后的今天，我领悟到这个故事远未落幕。在那声爆炸之前究竟发生了什么？答案令人目瞪口呆，可能根本就没有所谓的大爆炸，而是一个无始无终的宇宙，在膨胀与收缩间无尽地循环往复。
在20世纪20年代，俄罗斯物理学家亚历山大·弗里德曼与比利时的牧师兼天文学者乔治·勒马特不约而同地提出，宇宙正处于膨胀之中。弗里德曼逆着时间的河流追溯，得出宇宙曾是一个微小的“原初原子”。当埃德温·哈勃根据其对遥远星系运动的观察，提供了宇宙膨胀的有力实证时，这个问题似乎尘埃落定。膨胀理论表明，我们今日所见的浩瀚冷寂宇宙，曾是一片微小而炽热的空间。若依此逻辑推演，炽热的空间收缩成一个集中了巨大能量的点。这一理想化的状态被称作大爆炸。然而，并没有证据证明这一逻辑推演的正确性，也无从证明宇宙就是如此诞生的。尽管如此，大爆炸理论已成为公认的学说，深入人心，成为我等孩童时代的常识。
对此逻辑推演抱有疑虑的一大理由便是量子力学的存在。当大爆炸概念进入日常话语时，微观世界的规则已然明确，虽然异常奇特。除此之外，这些规则还指出，粒子可在短暂的时间内凭空产生或消失。这种连续不断的生成与湮灭在大爆炸这样的微尺度上尤为关键，因为那时宇宙的体积只有一个点那么大。
无论那个空间包含了什么，能量总会不规律地波动，随着空间的扩展，这些差异本应被广泛分布，导致宇宙不同区域的能量分布极度不均衡。但事实并非如此，我们并未观察到这种不均衡。
尽管宇宙物质自发地聚集成我们所称的星系，我们在观测宇宙的宏大尺度时，物质的分布却异常均匀。这种均匀性亟需解释。此外，大爆炸中的那些量子波动应会导致空间扭曲。随着宇宙膨胀，这些扭曲也随之膨胀，在穿越宇宙的光线路径上留下疯狂的扭曲痕迹。但天文学家并没有观察到这些扭曲的迹象。
到了20世纪80年代，理论物理学家艾伦·古斯、安德烈·林德、安德烈亚斯·阿尔布雷特以及保罗·斯坦哈特，提出了一个旨在解决大爆炸理论缺陷的构想。他们假设，在大爆炸之后不久，宇宙经历了一段极速膨胀的时期，也就是所谓的膨胀阶段。他们认为，膨胀的速度之快，足以拉平时空结构中的任何曲折和扭曲，使得物质分布变得异常平滑。
然而，膨胀本身也有其难题。例如，它需要假设存在一种名为膨胀场的能量场，这种场需要在恰到好处的时间和力度下开启——并且随着时间推移保持几乎不变化——以解释宇宙的平滑性。在大爆炸理论中，这种情况是不可能的，因为由于巨大的量子波动，膨胀场的强度在不同空间区域会有所不同。因此，膨胀更有可能无法平滑宇宙，或者膨胀得不够以至形成我们观测到的宇宙。
更为关键的是，在膨胀存在的地方，那些棘手的量子波动占据了主导地位，阻止了膨胀的结束，只有少数几个罕见的例外。在这些区域，宇宙的性质变得随机且不可预知。我们所见的并非是均质的宇宙，而是膨胀的结果将空间划分成无限多的区域，每个区域具有无限不同性质。这种不受控制的多样性被称为膨胀的多元宇宙，其中任何数量的不同宇宙都成为可能。
“当前的宇宙膨胀阶段将告终，随之而来的将是一个新的收缩阶段”
如今，大多数宇宙学家和天体物理学家倾向于忽视这些问题。然而，对于那些了解到这些问题的科学家而言，它们不容忽视。起初，他们寻求解决膨胀问题的方法，但随后的一系列事件改变了他们的想法。
西蒙斯天文台位于阿塔卡马沙漠，将致力于搜寻原始引力波
膨胀宇宙学的一个显著预测，是由量子尺度的起伏所引发的时空微观不规则性。这些不规则性，一旦膨胀过程终止，应当会留在时空结构里，最终演变成我们所称的原初引力波奇异结构。这些原初引力波与2015年由LIGO科学合作所揭示的那些时空波动不同，后者大多数源自黑洞的撞击。原初引力波的波长异常庞大——大到我们只能通过其在宇宙微波背景辐射上的印记来探测它们。这种辐射模式有时被比喻为宇宙婴儿时期的快照，虽然它所揭示的是数百万年前的宇宙景象，若类比到人类生命，就如同一张新生儿照片。
欧洲航天局的普朗克探测器长期以来致力于绘制宇宙微波背景辐射的详尽图谱，以期捕获原初引力波的迹象。然而，到了2013年，研究团队宣布他们未能发现预期的迹象。这一消息传出时，科学界意识到，这意味着最简单的宇宙膨胀理论模型已经站不住脚了。一些科学家开始认为，膨胀理论作为对宇宙大爆炸后事件的简化解释，正在失去其吸引力，并开始考虑采纳其他宇宙学路径。
安娜·伊贾斯所采纳的这个想法，最早由提出膨胀理论的斯坦哈特进一步发展。他提出，除了大爆炸外，还有另一种合理的可能性。也就是说，我们的宇宙可能并非是从无到有，而是在先前的宇宙缓慢收缩至极小尺度后，经历反弹，从而开启了膨胀过程，正如我们现在所观察到的那样。
这种场景的吸引力在于，它描述了在反弹之前的缓慢收缩阶段。如同膨胀需要一种特殊形式的能量——膨胀场来驱动快速膨胀，缓慢收缩同样需要一种特殊形式的能量，该能量会产生极高的压力。这种高压环境通过抵抗压缩来减缓收缩过程，同时，它还有助于平滑掉能量分布和时空结构中的任何不规则性。然而，与膨胀阶段不同，缓慢收缩阶段并不需要特别的初始条件。它可以通过多种途径触发，例如由暗能量的衰减来驱动。
这个理论还带来了另一个好处：在一个缓慢收缩且寒冷的宇宙中，量子起伏的影响在任何时候都是微小的。这意味着反弹所产生的结果是确定性的，并不像膨胀时期由剧烈的量子起伏所创造的混乱多重宇宙。
目前缺乏的证据表明，具有这些属性的反弹实际上是有可能发生的。去年，安娜·伊贾斯发表了有关反弹发生过程的首篇理论描述。简而言之，她描绘了一种假设的能量来源，它能在宇宙收缩至量子引力效应变得重要的临界点之前，停止收缩，并顺利地逆转为膨胀。这样的反弹所产生的宇宙，将具备我们所观察到的能量平滑分布和一个平坦未扭曲的时空几何结构。
“我们可能生活在一个周期性宇宙中，每隔大约1000亿年就会经历一次反弹。”
安娜·伊贾斯与普林斯顿大学的斯坦哈特和弗朗斯·普里托里厄斯（Frans Pretorius）一道，模拟了宇宙的演化过程，以寻找收缩和反弹过程中的新颖独特特征。其中一个预测是，超慢收缩过程不会产生可探测的原初引力波，这与普朗克数据和随后的观测结果相吻合。
更精密的实验设备正在筹建中，包括位于智利阿塔卡马沙漠的西蒙斯天文台和日本航天局计划在十年内发射的LiteBIRD卫星。如果它们探测到原初引力波，那么缓慢收缩的理论就可能被证伪。伊贾斯经常被问到是否担心这个理论会被一次实验所消除。但对伊贾斯而言，这才是真正的科学精神所在。
然而，如果我们确实发现了反弹的迹象，那么其影响将是深远的。这个理论的自然延伸是，我们可能生活在一个周期性宇宙中，每隔大约1000亿年就会经历一次反弹。
我们甚至可以设想一个没有起点或终点的循环宇宙。每个超慢收缩周期都会抹除上一周期的所有细节，并在与上一周期相同的条件下将宇宙带至反弹点。因此，在每个周期中，宇宙的各个方面平均都保持一致，包括温度，暗物质，普通物质和暗能量的浓度，以及恒星和星系等可观测天体的数量。换句话说，如果你在前一个宇宙周期中居住在像地球这样的行星上，你所观察到的宇宙基本属性会与我们现在的宇宙非常相似。
这反过来提出了一个引人注目的预测：我们当前所处的宇宙膨胀速度缓慢加速的阶段将会结束，随之而来的是一个全新的收缩阶段。然后，宇宙将走向新的反弹和新的膨胀阶段。因此，驱动当前加速膨胀的暗能量必须逐渐减弱并消失，这一过程可能会在未来的实验中被检测到。
这一点，结合对原初引力波的探索，意味着我们可能很快就能确定宇宙是否真的始于一次大爆炸。
