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余姚论坛:宇宙大爆炸之前发生了什么?科学家给出新诠释

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宇宙从何而来?又如何变成如今这般「样子容貌」?如今科学家普遍承认的故事始于约138亿年前。当时,一个密度极大的点发作暴胀,然后宇宙大爆炸最先,宇宙不停膨胀并冷却,原子核、原子,直至我们本日看到的漫天繁星等最先构成。



宇宙大爆炸和演化的示意图,图中从左到右是时候行进的方向,与时候轴垂直的维度代表宇宙延续膨胀的空间。 图片泉源:NASA官网



 



只管这个故事充满了种种戏剧性的偶合、猛烈的争执,但仍存在一个破绽:这两个泾渭分明的时代是如何联络在一起的?几十年来,这一直是萦绕在科学家心头的一团迷雾。近来,一个国际研讨团队对宇宙演化的这一症结过渡期进行了模仿,得出结论称,所谓的「再加热」历程多是宇宙早期这两个阶段的「桥梁」,但这一历程的确凿证据仍有待进一步寻觅。



宇宙的「两副面目面貌」:暴胀和大爆炸

提起宇宙的劈头,最著名的应当是宇宙大爆炸理论了,这一模子理论上基于爱因斯坦的广义相对论,并获得现今科学实验观察最普遍最准确的支撑。



该理论以为,我们的宇宙降生于约138亿年前。从一个极小的致密「火球」,不停膨胀并逐步冷却,渐渐地,我们本日看到的原子、身旁的莺啼燕语以及漫天闪灼的恒星和星系得以构成。



不过,如今物理学界普遍以为,在大爆炸发作之前,还发作过宇宙暴胀。宇宙暴胀理论由日本的佐藤胜彦博士和美国的艾兰‧哈维‧古斯博士提出。该理论以为,宇宙降生之初,在不到万亿分之一秒内,宇宙从险些无限小的点暴增了1027倍。随后,宇宙发作了大爆炸,并逐步演化成了本日的「样子容貌」。



四周乱闯的粒子将宇宙「再加热」

那末,宇宙如何能在云云短暂的时候内敏捷「变脸」——从暴胀时代过渡到大爆炸时代?这两个时代之间有何关联呢?



据美国意见意义科学网站报道,为处理这一宇宙的演化困难,来自美国凯尼恩学院、麻省理工学院(MIT)和荷兰莱顿大学的研讨人员模仿了宇宙暴胀与宇宙大爆炸之间的症结过渡时代——「再加热」时代。



在他们的模子中,研讨重要作者雷切尔‧阮及同事模仿了被称为「暴胀子」(inflatons)的物资情势的行动。他们以为,设想的「暴胀子」本质上类似于希格斯玻色子,制造了推进宇宙暴胀的能量场。在恰当的前提下,「暴胀子」的能量能够被有效地从新分配,进而发生使宇宙从新加热所需的种种粒子。

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研讨人员之一、麻省理工学院物理学传授戴维‧凯泽示意:「宇宙暴胀后的再加热时代为大爆炸制造了前提,从某种意义上说,将『大爆炸』置于宇宙大爆炸当中。在这个过渡时代,宇宙排山倒海,一切都乱作一团,物资的表现情势非常复杂。」



雷切尔则诠释说,在宇宙暴胀时代,一切物资四周散落,使宇宙成为一个严寒而空阔的处所,缺少点燃宇宙大爆炸所需的「粒子热汤」。而在「再加热」时代,推进宇宙暴胀的能量发作衰变,「摇身一变」成为粒子。



雷切尔说:「这些粒子一旦降生,就会四周乱闯且互相撞击,通报动量和能量,恰是这类能量将严寒的宇宙再次加热,为宇宙大爆炸奠基了基本。」



引力波中或隐蔽症结证据

那末,最新模仿除了指出「再加热」历程是宇宙暴胀和大爆炸之间的桥梁外,还能给我们供应哪些启发呢?



研讨的合作者、凯尼恩学院物理学副传授汤姆‧吉布林说:「从严寒的暴胀时代到灼热的大爆炸时代,应当储藏着哪些粒子能够在云云高的能量状态下存在的症结证据。」



另外,在宇宙暴胀时代的极度能量状态下,引力的「行动举止」是如何的?这一基本问题也一直让物理学家们「辗转反侧」。



爱因斯坦的广义相对论以为,引力对一切物资「厚此薄彼」,与粒子能量无关。但科学家们以为,因为量子力学,在极高能量状态下,物资对引力的回响反映会有所不同。



哪一个看法是准确的?研讨团队调整了粒子与引力的互相作用强度,将上述假定归入模子中。效果发明,引力增添越多,「暴胀子」通报能量生成大爆炸时期涌现的热物资粒子的效力就越高。



如今,研讨人员须要寻觅证据来支撑这一模子。



吉布林说:「我们运用模仿来展望宇宙的『样子容貌』,这个再加热时代应当在宇宙中某个处所留下了印记,我们要做的就是找到它。」



但找到这个印记能够并非易事。研讨人员称,对宇宙最早的「惊鸿一瞥」源自宇宙微波背景辐射(CMB)——发生于宇宙约莫38万岁时的电磁波辐射一直在宇宙中流传,它们的「余辉」就是本日我们看到的宇宙微波背景辐射。但吉布林示意,CMB只保留了宇宙降生早期的样貌,愿望将来的引力波观察能供应终究线索。



  • 本文受权转载自网易科技

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