自從人類能用智慧武裝自己時,就未停止過對宇宙的思考。我們從哪裡來,我們的宇宙怎麼誕生的,它的未來又會怎麼樣?大爆炸、大坍縮、大反彈等等。各種理論似乎都有存在的理由。
當前,最被廣泛接受的,當然是宇宙大爆炸理論。它是現代宇宙學中最有影響的一種學說。它的主要觀點認為,宇宙曾有一段從熱到冷的演化史。在這個過程中,宇宙在不斷地膨脹,使物質密度從密到稀地演化,如同一次規模巨大的爆炸。該理論的創始人之一是伽莫夫。
1946年美國物理學家伽莫夫正式提出大爆炸理論,認為宇宙由大約140億年前,宇宙從一個近乎有無限能量和密度的奇點開始而形成的。愛因斯坦的廣義相對論讓我們了解了宇宙的一般形狀以及物質是如何分布的,這是一種用來追溯宇宙起源的理論,從而產生了大爆炸理論。並且,支撐大爆炸理論的還有微波背景輻射現象和哈勃定律。因此才廣為人們接受。
但是,此理論僅支持到奇點為止。對於奇點如何產生的,產生之前又是什麼情況等,大爆炸理論又找不出強有力的支撐點。
關於大反彈理論,自1922年以來就存在了。即,宇宙可能並非起源於一次大爆炸,而是一次大反彈。也就是說,宇宙可能並非源自一顆「奇點」,而是來自此前宇宙的塌縮反彈,這就有點像是被壓縮到極限的彈簧突然反彈。然後這個過程循環往復地上演。支撐大反彈理論的基礎,則是將廣義相對論與圈量子引力(LQG)相結合,後者是科學家用來描述大反彈存在的數學公式。
廣義相對論中不包括量子物理學,而量子物理學卻是大反彈理論中的基本理論支撐。這項理論基於所謂「圈量子引力」(LQG),這是統一量子力學與廣義相對論的一項嘗試,而它本身便是引力對宇宙產生作用的表現形式。其基本內涵是認為宇宙可被視作是許多纏繞的圈環,從而賦予空間本身一種類似原子的結構,使其成為類似物質的東西。
近期,在南極的觀測點中傳來了支持大反彈理論的有力證據,即宇宙誕生初期的引力被發現。這表明宇宙的誕生初期,確實經歷過一系列非常快的暴漲階段,這便與大反彈理論的觀點相符。
倫敦帝國理工學院的研究人員,包括史蒂芬·加倫博士在內的一些科學家也提出了大反彈理論,即有一個最小體積,但不為零,最大膨脹,但不是無限的。理論中他們把大反彈把宇宙比作能自動膨脹和收縮的肺。暗示著宇宙是循環的、周而復始的。
悲觀的是,大反彈理論假設擴張最終將達到臨界點,然後將發生快速收縮,也被稱為大坍縮,這個過程中,宇宙將崩潰,它將所有物質拉入並形成黑洞,最終將統一成一個巨大的黑洞。這個巨大的黑洞隨著熵的增大,最終也將將崩潰,直到成為一個奇點。由於重力的量子效應具有排斥性,它滿足了另一個膨脹所必需的所有條件後,將再次膨脹。這樣,大反彈將會循環往復地進行著。也即:毀滅-重生將會無限重複。