如果宇宙没有开端，时间无限地向后延伸，没有宇宙大爆炸来启动一切，会怎么样？这是被称为“彩虹引力”的一种想法的可能结果之一，之所以如此命名，是因为它假定引力对时空的影响对不同波长的光（即彩虹中不同的颜色）感受不同。
彩虹引力最初在10年前被提出，作为弥合广义相对论（涵盖非常大的事物）和量子力学（涉及非常小的领域）理论之间裂痕的可能步骤。这个想法并不是一个描述引力量子效应的完整理论，也没有被广泛接受。然而，物理学家现在已经将这个概念应用于宇宙如何起源的问题，并发现如果彩虹引力是正确的，那么时空可能有一个与广为接受的宇宙大爆炸图景截然不同的起源故事。
根据爱因斯坦的广义相对论，巨大的物体会扭曲时空，以至于任何穿过它的东西，包括光，都会走弯曲的路径。标准物理学认为，这条路径不应取决于穿过时空的粒子的能量，但在彩虹引力中，它确实取决于能量。“具有不同能量的粒子实际上会看到不同的时空，不同的引力场，”埃及宰维尔科技城理论物理中心的阿德尔·阿瓦德说，他领导了这项新研究，该研究于10月份发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上。光的颜色由其频率决定，并且由于不同的频率对应于不同的能量，因此根据它们的能量，不同颜色的光粒子（光子）将通过时空走稍微不同的路径。
支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
这些效应通常会非常微小，以至于我们在对恒星、星系和其他宇宙现象的大多数观测中都不会注意到差异。但是，在极端能量下，例如恒星爆炸（称为伽马射线暴）发射的粒子的情况下，这种变化可能是可检测到的。在这种情况下，由同一伽马射线暴释放的不同波长的光子在经过数十亿光年的时间和空间的稍微改变的路径后，会以稍微不同的时间到达地球。“到目前为止，我们还没有确凿的证据表明这种情况正在发生，”罗马萨皮恩扎大学的物理学家乔瓦尼·阿梅利诺-卡梅利亚说，他研究了这种信号的可能性。然而，现代天文台现在才开始获得测量这些效应所需的灵敏度，并且在未来几年应该会提高。
现在虽然罕见，但彩虹引力带来强烈后果所需的极端能量在早期稠密的宇宙中占主导地位，可能意味着事情的开始方式与我们倾向于认为的截然不同。阿瓦德和他的同事们根据对彩虹引力影响的不同解释，发现了宇宙的两种可能的开端。在一种情景中，如果你倒退时间，宇宙会变得越来越稠密，接近无限密度，但永远不会完全达到。在另一种情景中，当你回顾过去时，宇宙达到一个极高但有限的密度，然后趋于平稳。在这两种情况下，都没有奇点——宇宙密度无限大的时间点——或者换句话说，没有宇宙大爆炸。“当然，这是一个有趣的结果，因为在大多数宇宙学模型中，我们都有奇点，”阿瓦德说。这个结果表明，宇宙可能根本没有开端，时间可以追溯到无限远。
虽然现在判断这些情景是否描述了真相还为时过早，但它们是引人入胜的。“这篇论文和其他一些论文表明，彩虹引力这个想法可能在宇宙学中占有一席之地，这对我来说是令人鼓舞的，”阿梅利诺-卡梅利亚说，他没有参与这项研究，但研究了追求引力量子理论的框架。“在量子引力中，我们发现了越来越多的例子，其中存在你可以称之为彩虹引力的特征。这越来越具有说服力。”
然而，这个概念也有其批评者。“我不相信这个模型与现实有任何关系，”北欧理论物理研究所的萨宾·霍森菲尔德说。她补充说，这个想法并不是消除宇宙大爆炸奇点的唯一方法。“问题不是消除奇点，问题是以一致的方式修改广义相对论，以便仍然能够重现其所有成就以及标准模型[粒子物理学]的成就。”
安大略省 Perimeter 理论物理研究所的李·斯莫林与伦敦帝国学院的若昂·马古埃霍一起首次提出了彩虹引力的想法，他说，在他看来，彩虹引力已被包含在一个称为相对定域性的更大概念中。根据相对定域性，时空中不同位置的观察者对于事件发生的位置不会达成一致——换句话说，位置是相对的。“相对定域性是更深入地理解与彩虹引力相同的想法，”斯莫林说。阿瓦德及其同事的新论文“很有趣”，他补充说，“但在真正相信结果之前，我想在相对定域性的框架内重新做一遍。作者可能没有意识到它所写的方式会存在定域性问题。”
在未来几年，研究人员希望分析伽马射线暴和其他宇宙现象，以寻找彩虹引力效应的迹象。如果发现它们，可能意味着宇宙的历史比我们所知的更加“丰富多彩”。