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宇宙的“两副面孔”:暴胀和大爆炸

时间:2019-11-15    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

世界大爆炸和演化的示意图,图中从左到右是时间前进的方向,与时间轴垂直的维度代表世界继续胀大的空间。 图片来源:NASA官网

本报记者 刘霞

世界从何而来?又怎么变成现在这般“容貌”?

目前科学家广泛认可的故事始于约138亿年前。那时,一个密度极大的点发生暴胀,然后世界大爆炸开端,世界不断胀大并冷却,原子核、原子,直至咱们今日看到的漫天繁星等开端构成。

虽然这个故事充满了各种戏剧性的偶然、激烈的冲突,但仍存在一个漏洞:这两个泾渭分明的时期是怎么联络在一起的?几十年来,这一直是萦绕在科学家心头的一团迷雾。最近,一个世界研讨团队对世界演化的这一要害过渡期进行了模拟,得出结论称,所谓的“再加热”进程或许是世界初期这两个阶段的“桥梁”,但这一进程的确凿依据仍有待进一步寻觅。

世界的“两副面孔”:暴胀和大爆炸

提起世界的起源,最著名的应该是世界大爆炸理论了,这一模型理论上基于爱因斯坦的广义相对论,并得到当今科学实验观测最广泛最精确的支撑。

该理论以为,咱们的世界诞生于约138亿年前。从一个极小的致密“火球”,不断胀大并渐渐冷却,渐渐地,咱们今日看到的原子、身边的鸟语花香以及漫天闪耀的恒星和星系得以构成。

不过,现在物理学界普遍以为,在大爆炸发生之前,还发生过世界暴胀。世界暴胀理论由日本的佐藤胜彦博士和美国的阿兰·哈维·古斯博士提出。该理论以为,世界诞生之初,在不到万亿分之一秒内,世界从几乎无限小的点暴增了1027倍。随后,世界发生了大爆炸,并逐渐演化成了今日的“容貌”。

四处乱闯的粒子将世界“再加热”

那么,世界怎么能在如此时间短的时间内迅速“变脸”——从暴胀时期过渡到大爆炸时期?这两个时期之间有何关联呢?

据美国兴趣科学网站报道,为解决这一世界的演化难题,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拟了世界暴胀与世界大爆炸之间的要害过渡时期——“再加热”时期。

在他们的模型中,研讨首要作者雷切尔·阮及搭档模拟了被称为“暴胀子”(inflatons)的物质方式的行为。他们以为,设想的“暴胀子”本质上类似于希格斯玻色子,发明了推进世界暴胀的能量场。在恰当的条件下,“暴胀子”的能量能够被有效地从头分配,然后发生使世界从头加热所需的各种粒子。

研讨人员之一、麻省理工学院物理学教授戴维·凯泽表明:“世界暴胀后的再加热时期为大爆炸发明了条件,从某种意义上说,将‘大爆炸’置于世界大爆炸之中。在这个过渡时期,世界翻江倒海,一切都乱作一团,物质的表现方式非常复杂。”

雷切尔则解说说,在世界暴胀时期,一切物质四处散落,使世界成为一个严寒而空旷的当地,缺少点着世界大爆炸所需的“粒子热汤”。而在“再加热”时期,推进世界暴胀的能量发生衰变,“摇身一变”成为粒子。

雷切尔说:“这些粒子一旦诞生,就会四处乱闯且相互撞击,传递动量和能量,正是这种能量将严寒的世界再次加热,为世界大爆炸奠定了根底。”

引力波中或潜伏要害依据

那么,最新模拟除了指出“再加热”进程是世界暴胀和大爆炸之间的桥梁外,还能给咱们供给哪些启示呢?

研讨的合作者、凯尼恩学院物理学副教授汤姆·吉布林说:“从严寒的暴胀时期到火热的大爆炸时期,应该蕴藏着哪些粒子能够在如此高的能量状态下存在的要害依据。”

此外,在世界暴胀时期的极点能量状态下,引力的“行为举止”是怎样的?这一基本问题也一直让物理学家们“翻来覆去”。

爱因斯坦的广义相对论以为,引力对一切物质“天公地道”,与粒子能量无关。但科学家们以为,由于量子力学,在极高能量状态下,物质对引力的反应会有所不同。


哪个观点是正确的?研讨团队调整了粒子与引力的相互作用强度,将上述假设归入模型中。成果发现,引力增加越多,“暴胀子”传递能量生成大爆炸期间呈现的热物质粒子的效率就越高。

现在,研讨人员需求寻觅依据来支撑这一模型。

吉布林说:“咱们使用模拟来预测世界的‘容貌’,这个再加热时期应该在世界中某个当地留下了印记,咱们要做的便是找到它。”

但找到这个印记或许并非易事。研讨人员称,对世界最早的“惊鸿一瞥”源自世界微波布景辐射(CMB)——发生于世界大约38万岁时的电磁波辐射一直在世界中传达,它们的“余晖”便是今日咱们看到的世界微波布景辐射。但吉布林表明,CMB只保留了世界诞生初期的样貌,期望未来的引力波观测能供给最终线索。

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