宇宙或存在“大爆炸”前的秘密生命 新研究提供线索

暗物质来自何方？最新研究指向宇宙早期黑洞；示意图。（取自欧洲太空总署官网）

根据最新研究，宇宙的诞生可能并非始于“大爆炸”（Big Bang）。一项新的宇宙学理论提出，宇宙可能在收缩和膨胀阶段之间“反弹”。这项理论若成立，将对宇宙本质的认知产生深远影响，特别是对黑洞（black holes）和暗物质（dark matter）这两个最神祕的宇宙组成部分。

据澳洲科学新闻网站《Science Alert》报导，美国约翰·霍普金斯大学物理学家伊普（Andrew Ip）领导的研究团队，近期在《宇宙学与天体粒子物理学期刊》（Journal of Cosmology and Astroparticle Physics）发表的研究中探讨了一种假说。该假说认为，暗物质可能由原始黑洞（primordial black holes）组成，这些黑洞形成于宇宙最后一次收缩阶段向当前膨胀阶段过渡时期，即发生在“大爆炸”之前。若此假说成立，未来的重力波（gravitational waves）观测站可能侦测到黑洞形成过程中产生的重力波，从而验证这个暗物质生成情境。

科学家透过观察恆星在星系中的运动，以及分析宇宙微波背景辐射（cosmic microwave background）—这种被视为“大爆炸”遗留的辐射—得出结论：宇宙中约有 80% 的物质是由暗物质构成。这种神祕的物质既不反射、不吸收，也不发射光线，因此无法直接观测。儘管暗物质在宇宙中如此普遍，但其本质至今仍是科学界未能破解的谜题。

长久以来，科学家们认为宇宙是从一个极小的点（称为奇点，singularity）开始的，然后迅速膨胀，就像气球突然被吹大一样。这个快速膨胀的过程被称为“暴胀”（inflation）。但是，这项新研究提出了一个不同的想法，叫做“非奇异物质反弹宇宙学”（non-singular matter bouncing cosmology）。这个理论说，宇宙可能先是缩小，然后像弹簧一样反弹变大。这次反弹引发了我们所知的“大爆炸”，并导致宇宙持续扩张。

根据这个新理论，宇宙在反弹前缩得非常小，大约只有现尺寸的 10-50 倍左右。当宇宙开始反弹时，光和其他粒子才开始出现，这就是“大爆炸”的开始。在反弹的过程中，物质变得非常密集。这种高密度可能导致了许多微小黑洞的形成。研究人员认为，这些微小的黑洞可能就是构成暗物质的东西。这一框架不同于传统基于“暴胀”理论的解释，为理解宇宙早期阶段提供了新的视角。

研究团队的计算结果与我们目前观察到的宇宙特徵相符，这为他们的新理论提供了初步支持。但要确认这个理论是否正确，科学家们还需要更多证据。他们期待未来的重力波观测设备能够帮忙。

重力波就像是宇宙中的涟漪，科学家认为新型黑洞形成时会产生特殊的重力波。他们希望透过两个即将建造的大型设备——雷射干涉仪太空天线（Laser Interferometer Space Antenna，LISA）和爱因斯坦望远镜（Einstein Telescope）——来捕捉这些重力波。这些观测可能需要10年或更长时间，但它们有望为这个大胆的理论提供实际证据。