比宇宙大爆炸还古老的黑洞，或是暗物质的真相

科学家提出一种可能性：宇宙并非始于一次突然的大爆炸，而是经历了一次宇宙反弹。在更早的宇宙阶段，空间先收缩，随后达到极高但有限的密度，接着反转并开始膨胀。这个过程中，一些早期黑洞可能像宇宙化石一样存活下来，并影响今天的星系和宇宙大尺度结构。研究由朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所和巴塞罗那空间科学研究所的恩里克·加斯塔尼亚加教授主导。过去近一个世纪，宇宙学家通常把宇宙历史追溯到约138亿年前的大爆炸：空间和时间从一个极热极密的初始状态展开，之后经历长期膨胀和星系形成。这一模型非常成功，能解释宇宙微波背景辐射，并准确预测星系在大尺度上的分布。然而，一些根本问题仍未解决：大爆炸为何发生，宇宙为何从特殊状态开始，暴胀为何发生，以及比普通物质多约五倍的暗物质究竟是什么。

新研究认为，宇宙可能不是从一个无限密度奇点开始，而是从反弹中出现。标准广义相对论把宇宙时间往回推会得到大爆炸奇点，那里密度无限大、已知物理定律失效，这提示现有理论不完整。反弹宇宙学则设想宇宙先像巨大云团一样收缩，在达到极高但有限密度后，不再继续塌缩为奇点，而是反弹并膨胀。量子物理可能自然提供这种机制：在极高密度下，量子压力可以阻止物质无限压缩，这种压力也能帮助白矮星和中子星保持稳定，并可能复制类似暴胀的快速膨胀阶段。对整个宇宙而言，收缩期间量子压力最终可停止塌缩并推动宇宙进入新的膨胀期。

这一模型可能同时解释两个难题。第一，早期宇宙为何会在所有方向上快速且均匀地膨胀，即暴胀。反弹本身可能模拟暴胀效果。第二，今天宇宙观测到的加速膨胀通常被归因于暗能量，但暗能量本质不明，反弹框架或许能提供新线索。研究团队还计算认为，在收缩阶段形成的某些致密物体如果在反弹前大于约90米，就可能穿过反弹并在膨胀后的宇宙中留下痕迹。可能残留物包括引力波、密度涨落和古老黑洞。

这些残留黑洞可能解释暗物质。暗物质本身看不见，但通过引力影响星系形成和宇宙大尺度物质排列。如果反弹过程中产生了足够多的黑洞，它们可以构成暗物质的相当部分，甚至可能解释全部暗物质。该模型也可能帮助理解詹姆斯·韦布空间望远镜观测到的一些异常早期天体，例如所谓“小红点”。韦布在早期宇宙中发现了一些质量远超预期的天体，许多天文学家认为它们可能与增长极快、出现过早的黑洞有关。加斯塔尼亚加说，如果巨大黑洞在反弹后立刻存在，早期宇宙构建首批星系时就不必从零开始。

未来观测可以检验这一理论。科学家可以搜寻早期宇宙阶段遗留的引力波，也可以在宇宙微波背景中寻找细微模式，这些模式可能保存大爆炸之前的信息。尽管仍需大量研究，但如果宇宙确实经历过反弹，今天塑造星系的暗结构可能来自大爆炸之前的宇宙纪元。