大反弹理论不合理吗？
宇宙从何开始？是开始于大爆炸，还是大反弹？我们的宇宙只是无限膨胀收缩循环过程中的某一刻吗？近期新发表的两篇文章的研究人员反驳了大反弹理论，并提出了一个观点：我们所处的宇宙可能是一次成型的。
大反弹理论的支持者认为宇宙不是从虚无中突然出现的。他们认为，我们居住的宇宙是由曾经的宇宙收缩后重新膨胀而成。这种状况可能发生过一次，而根据某些理论，这种状况或许已经发生过无数次。
哪一种情况正确呢？现今物理学界普遍认为宇宙起源于一场大爆炸，并在随后极短的时间内迅速膨胀，这个过程我们也称为“暴胀”。根据大爆炸模型，那个炙热年轻的宇宙遗留下来的余光形成了宇宙微波背景辐射（CMB）——无论你冲着宇宙的哪个方向看，残存的CMB几乎是一样的。
根据普朗克空间天文台在2009-2013年收集的CMB数据，微波辐射的波动可能比预想中的更大。这种波动究竟只是无统计意义的宇宙温度数据波动，还是宇宙深处某些特定事件留下的暗示？
CMB的异常暗示着一种可能：如今我们生活的宇宙并非起源于虚无，有可能只是前一个宇宙坍缩后反弹膨胀后形成的时空。
大反弹宇宙学模型能很好地解释CMB的不均匀，同时也能解释在宇宙起源和演化的标准化描述中一直存在的一些争议。值得一提的是，大爆炸理论中的宇宙起源于一个奇点。奇点是一个尺寸无限小的点，源于虚无，却包含了宇宙一切事物的前身。如今我们所见的宇宙是从这样一个奇点开始，经过暴胀期，随后慢慢膨胀而来。
但是，在物理学中一直存在着关于奇点的争论，因为如果一切被压缩到一个无限小的点中，这个点的物理学甚至是数学意义将不复存在。研究人员都在极力避免在模型中用到奇点。
大反弹模型中的“圈量子宇宙学”（LQC）模型不仅可以避免奇点问题，也可以让CMB看上去不那么异常。这个理论基于连接经典物理和量子力学的桥梁——“圈量子引力”。圈量子引力并不像经典力学中的引力一样，会在极小的间距内趋于无限大，它被假定会随着间距缩小逐渐减小。
瑞士日内瓦大学的宇宙学家露丝·杜雷尔（Ruth Durrer）称，“基于圈量子引力的宇宙模型可以解释已有的很多问题，特别是奇点问题。”杜雷特是上文提到的、两篇研究大反弹模型论文中一篇的共同作者，她和同事致力于寻找证实这类模型的天文迹象。
在圈量子宇宙学模型中，我们所处宇宙的前身可能在引力作用下不断收缩，变得极其致密，进入到遵循量子力学规律的尺度范围。很多宇宙学家认为，宇宙在这个阶段并不会坍缩为奇点，而是会再次开始膨胀，随后可能还会经历暴胀期。
如果事实如此，根据美国路易斯安那州立大学的物理学家伊万·阿古略（Ivan Agullo）的看法，那么宇宙一定留下了一些痕迹。阿古略并没有参加那两篇论文的研究，不过他提出CMB数据中出现的‘双谱’特征可能隐藏着这些痕迹。这种双谱特征可以用来测量大反弹理论下宇宙的不同区域如何相互作用，但它不会直接呈现在CMB的图像中，只有在对远古微波的频率进行分析时才有可能显现。
“假如我们能够观察到这种‘双谱’特征，这将是大反弹模型的决定性证据。”阿古略说，他们的小组曾经计算过这种双谱特征会在大反弹后短暂出现。杜雷特和同事以阿古略的结果为基础，做了进一步计算，并与目前普朗克空间天文台收集的CMB数据进行对比，但他们没有发现明显的双谱特征 。
尽管许多其他的大反弹模型可能仍然可行，但找不到显著的双谱特征也意味着不能再采用基于LQC的宇宙学模型来处理CMB的异常情况。阿古略一直热切期望能找到大反弹模型证据，这项结果对他来说无疑是个打击，不过他仍然对这种模型的可行性抱有期望。
波兰雅盖隆大学（Jagiellonian University）的博士候选人葆拉·德尔加多（Paola Delgado，杜雷特研究中的一位共同作者）则认为，这项研究还提供了一种潜在的研究方向。她说：“一直以来我们都秉持着一个观点，那就是我们无法检验量子力学和宇宙学是否能完美结合。但令人开心的是，我们可以观测到和某些模型相关联的现象。”
普朗克空间天文台提供的数据无法支撑大反弹理论中的LQC模型，意味着我们仍旧无法解释CMB的异常。不过，还有一个更大的疑问在等着我们，那就是宇宙究竟有没有起点。大爆炸理论的支持者坚信起始时刻是存在的，不过作为万物之源的奇点仍是一个未解之谜。
根据循环宇宙学理论，宇宙永远处于膨胀收缩的循环中。这并不是有限次数的循环，而是真正意义上无穷无尽的循环。无论你看向时间的哪个方向，都是无限往复的膨胀和收缩。这种理论的优势在于，并不存在时间上的起点，也没有大爆炸或者奇点。
杜雷特与德尔加多合作进行的研究并没有彻底否定无限循环的宇宙学理论。更多的理论指出，根据普朗克空间天文台的CMB数据，我们很难或者说根本无法将大反弹模型从大爆炸模型中分离开来。
第二篇文章的共同作者、美国纽约州立大学布法罗分校的威廉·金尼（William Kinney）表示，无限循环宇宙模型中存在一个致命缺陷：宇宙反弹时熵会增加。熵能描述系统的混乱程度，它的大小与系统中的可用能量相关：熵越高，系统中可用的能量就越少。如果宇宙的熵和混乱度在每次反弹后都增加，那必然会导致宇宙中可用的能量减少。
在这种情况下，早期的宇宙中包含的能量应该比现在多得多。假如将时间往回推得足够远，就会发现这个理论要求即便是一个经历很多次坍缩膨胀循环的宇宙，也需要起源于一个熵值无限小的大爆炸时刻。
根据金尼和同校的研究人员尼娜·斯坦（Nina Stein）在最近一篇文章中的计算结果，宇宙不可能永生。“我们认为我们已经证明了宇宙的一些基本性质，”金尼说：“它可能有这样一个起始的时刻。”这也意味着大爆炸曾在某个时间点发生过，尽管随后宇宙经历了很多次的反弹，但最初还是有一个包含一切物质的奇点存在。
在宇宙学模型的这场大争论中，金尼的文章已经是最新的声音，目前还没有其他支持循环宇宙学理论的科学家发表科学论文进行回应。支持者中的两位重量级天体物理学家——普林斯顿大学的保罗·斯坦哈特（Paul Steinhardt）和纽约大学的安娜·伊尧什（Anna Ijjas），都拒绝对金尼的文章发表评论。不过回顾宇宙起源模型的辩论史，我们可能很快就会看到反对金尼观点的研究出现。
巴西物理研究中心的宇宙学家内尔松·平托-内托（Nelson Pinto-Neto）正致力于研究大反弹理论和其他循环宇宙模型。对于普朗克空间天文台的数据可能否定了大反弹理论中LQC模型，他表示认同。
但他本人对于存在一个循环宇宙的问题持乐观的态度。“宇宙的存在是一个事实，此时此刻我们都置身其中，反而宇宙不存在才是人类抽象的想象。”内尔松说，“我支持循环宇宙模型的一个原因是宇宙一直存在，这比重新创造一个宇宙要简单得多。但是，作为一个科学家，我必须拥抱任何一种可能性。”
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