本文来自微信公众号：SF 中文 （ID：kexuejiaodian），作者：SF

我们的宇宙在从小到大的膨胀过程中，受引力影响，膨胀的速度会逐渐减小。然而，实际情况恰好相反。有科学家认为是具有排斥力的暗能量在“作祟”，而在最新的研究中，科学家推导出，宇宙加速膨胀可能是因为我们正在与一些较年轻的“婴儿宇宙”碰撞并合并，而此前宇宙在短时间内快速膨胀（暴胀），则是因为我们与一个较年老的“母宇宙”碰撞，并被其吸收了。

根据大爆炸理论，宇宙从一个“致密”的奇点到如今规模宏大的时空，在这个膨胀过程中，受引力影响，膨胀的速度应该逐渐慢下来。但是，很多人也知道，实际上科学家观察到的现象是，许多天体都在以越来越快的速度远离我们。

为此，科学家引入了暗能量的概念解释这一现象：宇宙中将近 7 成的成分都是以暗能量的形式存在的，暗能量“不可见”（不会吸收、反射或辐射光，以人类目前的技术无法对其进行观测），而过去数十亿年的宇宙加速膨胀可以归因于暗能量所具有的排斥力。

由于暗能量一直“不可捉摸”，许多科学家质疑它的存在，并试图探索出其他可以解释宇宙加速膨胀的更“直观”的解释。近日，发表于《宇宙论与天体粒子物理学杂志》（Journal of Cosmology and Astroparticle Physics）的一篇文章显示，科学家通过修改弗里德曼方程，提出了新的解释 —— 与平行宇宙不断碰撞。

弗里德曼方程

爱因斯坦用广义相对论定量描述引力、时空和物质的统一性，提出了引力场方程（Einstein field equation）。方程体现了运动的物质及其分布决定周围的时空性质，对任意坐标变换场方程形式不变。

1922 年，亚历山大・弗里德曼在弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规下，对具有给定质量密度和压力的流体的能量-动量张量应用爱因斯坦引力场方程，得到自己的方程 —— 弗里德曼方程（Friedmann equation）。

弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规是爱因斯坦引力场方程的一个精确解，描述的是一个满足宇宙学原理的宇宙 —— 没有中心，任何客观存在的具体物质都有自己的结构，都在运动和变化，即均匀而且各向同性。可以说，弗里德曼方程是广义相对论框架下描述空间上均一且各向同性的膨胀宇宙模型的一组方程。

宇宙学常数

对于这些描述引力场的方程，宇宙学常数是一项重要的数值。1917 年，爱因斯坦为平衡引力的影响，获得一个静态的宇宙，在场方程中引入了宇宙学常数。而在哈勃发现宇宙膨胀后，这个宇宙学常数就没有意义了（让其为零的话，引力场方程也能得到合适的解）。让宇宙学常数重回人们视线的是，此后科学家又发现宇宙在加速膨胀。

如果给宇宙学常数取正值，在物质相距较远时，引力小于排斥力（很有可能是暗能量的作用），并且距离越大，排斥力的作用越显著。这与目前观察到的宇宙加速膨胀现象相符。

在新研究中，科学家对弗里德曼方程进行了修改，这样的改动允许我们的宇宙与平行的“婴儿宇宙”碰撞并合并，同时让宇宙学常数再次失去了意义。因为，在修改后的弗里德曼方程中，即使宇宙学常数为零，依然可以在宇宙加速膨胀的情况下得到解。

更大的平行宇宙

与膨胀的过程类似，暴胀也是宇宙的扩张行为，但暴胀发生在大爆炸之后不久，时间很短，膨胀的速度惊人。科学家推断，这个过程或许也可以用与平行宇宙碰撞来解释，而在当时，我们的宇宙是与一个更老、更大的母宇宙膨胀，并被其吸收了。

在这项研究中，科学家并没有详细描述与母宇宙的碰撞。另外，我们与体形并不小的婴儿宇宙碰撞，造成的破坏性也不小。这些破坏性大的碰撞还需要科学家进行深入的研究。

参考文献：

  • https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2023/12/011