宇宙大爆炸可能比你想像的複雜

02-09

上課的時候講到納米材料微觀維度的問題，想到了一個可能的宇宙誕生的模型。其實這個已經有人想到過，叫做M膜理論。

大家有沒有看過水泡？燒開水的時候，從一個不可見的小點開始，迅速膨脹。一般來說，大多數人想像的宇宙誕生也就是這樣了，不同的是一個是空泡，一個是實體。

M膜的想法和這類似，卻有點不同。如果兩個水泡碰到了一起會如何？會形成一個劇烈增大的圓形平面，平面尺寸膨脹速度比水泡膨脹還要快，並且這個速度和氣泡形成的速度是完全獨立的。

三個氣泡形成的兩兩個面會形成線狀交匯，兩兩個線個會形成點，總之，交匯區域會比上一層次低一維。假如有一個高維的空間，比如說弦論的10維空間，形成了球對稱的氣液相界面，那麼這些界面的交匯處就會形成一個「平」的氣液氣夾心的膜狀低維區域。這個低維區域並不會是完全數學上的無限薄，而是物理上的薄：有相界那麼厚。多幾次交匯，就會形成一個近似扁平（被壓縮的維度幾乎沒有彎曲）的低維空間。一般來說這個空間是有界有限大小的球對稱低維空間。

而我們的現實世界，其實就是這兩個氣泡的交界膜。這個膜上面有特殊的、不同於高維世界的簡單的物理學（嗯，比如說這個氣泡沒有進一步降維可能就是因為三維特有的1/r^2型力作用造成的的高斯定理的保守性從而最穩定）。更高維度的物理學仍然存在，但是很難被這個低維平面上的物體用平面上特有的物理學觀測到。比如說假設有一種特殊粒子能脫離膜存在，但是又能和膜上特有的振動模式，嗯或者換個名字叫做弦/基本粒子互相作用，那麼它呆在膜上的位置是不確定的，碰撞幾率又無限小的，那麼我們只能把它作為宇宙常數的背景物理量來考慮，是很難精確測量它的。

那麼宇宙的誕生？無非是兩個氣泡接觸。時間和空間奇點？不存在，兩個膜接觸的時候我們的宇宙膜至少是有線性時間和遠大於普朗克尺度的空間的，在高維則是完全線性和均勻的。時間在這之前無意義？只是這個膜上的特有物理學定義的時間（比如光走多長用的時間等等）測量不能進行沒有意義，膜外的物理學定義的時間仍然有意義，就好比理論上虛擬機是無法得知宿主的正確時間一樣。

像普朗克時間和普朗克尺度大小之類的量在更高維的時空中肯定也是一樣的，但是電磁波常數之類的膜上特有的振動模式，可能和膜厚有關也可能無關，和膜厚有關可能就是隨不同的膜而常數不同了。我們應該可以找到很多高維照樣存在的物理量，但是更多的，各種基本粒子決定的物理量，可能就不一定有用了。

順便這也可以自然的解釋暴漲，就是這個解釋的暴漲可能比通常想像的猛烈多了。一個和現有宇宙理論的區別是……這個解釋中，宇宙並不一定是有限大而無邊界的。他會有一個明顯的邊界。黑洞？存在。兩個黑洞自然相通？不可能。人工連起來？有可能。會不會戳破一個洞把整個宇宙毀了？可能喔……

另外，這個解釋也不預言宇宙是無窮擴大還是反覆循環，都有可能。但是最大的可能是在極其長的時間後會停止膨脹，達到一個高度穩態。因為界膜不可能比氣泡本身還大。這個解釋中，宇宙空間的擴大速度和裡面的物質的膨脹是非同步的。