大碰撞模型2001

起源

最初的火宇宙模型由贾斯汀·库里（Justin Khoury）、伯特·奥弗鲁特（Burt Ovrut）、保罗·斯坦哈特（Paul Steinhardt）和尼尔·图罗克（Neil Turok）于2001年提出。

斯坦哈特根据古希腊语词汇ekpyrosis（ἐκπύρωσις，“大火”）命名，该词指代一种斯多葛学派的宇宙学模型，在该模型中，宇宙陷入永恒的循环：烈火诞生、冷却与重生。

该理论解决了一个大爆炸暴胀模型仍未回答的根本问题：“大爆炸之前发生了什么？”根据火宇宙理论的解释，大爆炸实际上是一次大反弹，是从之前的收缩时期向当前膨胀时期的过渡。塑造我们宇宙的关键事件发生在反弹之前，而在循环版本中，宇宙以规则间隔发生反弹。

理论的应用

最初的火宇宙模型依赖于弦理论、膜和额外维度，但当代大多数火宇宙和循环模型使用的物理要素与暴胀模型相同（在普通时空中演化的量子场）。与大爆炸宇宙学一样，火宇宙理论准确地描述了宇宙的基本特征。它预测了一个均匀、平坦的宇宙，带有热点和冷点的图案，这与宇宙微波背景（CMB）的观测结果一致，而这些观测结果已由WMAP和普朗克卫星实验以更高精度确认。对CMB的观测长期以来一直被视为大爆炸的证据，但火宇宙和循环理论的支持者认为，CMB也与这些模型中提出的大反弹相一致。其他研究人员则认为，普朗克对CMB的观测数据“极大地限制了火宇宙/循环场景的可行参数空间。”原初引力波如果被观测到，可能有助于科学家区分关于宇宙起源的各种理论。

对宇宙学的意义

火宇宙和循环模型的一个优点是不会产生多重宇宙。这一点很重要，因为当量子涨落的影响被正确纳入大爆炸暴胀模型时，它们会阻止宇宙达到宇宙学试图解释的均匀性和平坦性。相反，被暴胀放大的量子涨落会导致宇宙分裂成无数碎片，每个碎片都具有各种可能的物理性质组合。大爆炸暴胀理论并未做出明确的预测，而是允许任何结果，因此我们观测到的性质可能被视为随机偶然，是地球所处的多重宇宙特定碎片的结果。多重宇宙中的大部分区域将具有截然不同的性质。

诺贝尔奖得主史蒂文·温伯格曾提出，如果多重宇宙是真的，“那么我们为观测到的标准模型中夸克质量和其他常数的精确值寻找合理解释的希望就破灭了，因为这些数值将是我们所在的多重宇宙特定部分的偶然结果。”

认为我们宇宙的性质是偶然的、来源于一个允许多重宇宙其他可能性的理论，这一想法很难与以下事实相调和：宇宙在大尺度上异常简单（均匀且平坦），并且基本粒子似乎由简单的对称性和相互作用来描述。此外，偶然概念无法通过实验证伪，因为任何未来的实验都可以被视为其他偶然方面。

在火宇宙和循环模型中，平滑化和平坦化发生在缓慢收缩期间，因此量子涨落不会被暴胀放大，也不会产生多重宇宙。因此，火宇宙和循环模型预测了与当前实验证据一致的简单物理性质，而不产生多重宇宙。