科学家终于明白了大爆炸之前的事

物理学家可能已经解决了长达数十年的关于宇宙如何发展的谜团。

关于我们的宇宙如何发展的故事中有一个漏洞。首先,宇宙像气球一样迅速膨胀。然后,一切都兴旺起来。

但是,这两个时期是如何联系的,物理学家尚无定论。现在,一项新的研究提出了一种将两个时期联系起来的方法。

科学家终于明白了大爆炸之前的事

在第一时期,宇宙的大小在不到一万亿分之一秒的时间内从几乎无限小点增长了近八十亿倍(即1后面是27个零)。在这个暴涨期之后,是一个更为广泛的扩张时期,我们称之为大爆炸。在大爆炸期间,质子,中子和电子等基本粒子急速地膨胀并最终冷却,形成了我们今天看到的原子,恒星和星系。

宇宙大爆炸理论仍然是最被科学界认可的一种理论,但科学家们还在为这些完全不同的扩张时期是如何连接的感到困惑。为了解决这个宇宙难题,科学研究人员模拟了宇宙暴涨期与大爆炸之间的关键转变,这一时期被称为“再加热”。

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暴涨期后的再加热时期为大爆炸奠定了条件,从某种意义上说,有点像将“小爆炸”置于“大爆炸中” 。在这个过渡时期,所有的空间都崩溃了,物质以一种简单的方式表现出来。

当宇宙在暴涨期瞬间膨胀时,所有存在的物质都散开了,使宇宙处于寒冷而空旷的地方,没有点燃大爆炸所需的热粒子汤。在宇宙还很热的时候,一些推动膨胀的能量会分解成微观粒子。

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一旦产生了这些粒子,它们就会反弹并相互撞击,传递动量和能量。这就是使宇宙慢慢变热和持续被加热,这些最终导致了宇宙大爆炸。

科学家模拟了称为充气子的奇异物质的行为。科学家们认为,这些假想的粒子本质上类似类似于希格斯玻色子(是物理标准模型里的一种基本粒子),创造了推动宇宙膨胀的能量场。他们的模型表明,在适当的条件下,可以有效地重新分配充气子的能量,从而产生使宇宙重新加热所需的各种粒子。

当研究早期宇宙时,科学家真正要做的是在非常高的温度下进行粒子实验。从寒冷的暴涨期到炎热的时期的转变,应该掌握一些关键证据,以证明在这些极高能量下真正存在哪些粒子。

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困扰物理学家的一个基本问题是,重力如何作用于暴涨期间存在的极端能量。在爱因斯坦的广义相对论中,所有物质都被认为以相同的方式受到引力的影响,引力的强度是恒定的,与粒子的能量无关。但是,由于量子力学的奇异世界,科学家们认为,在非常高的能量下,物质对重力的反应会有所不同。

科学家通过调整粒子与重力的相互作用程度,将这一假设纳入了他们的模型。他们发现,随着引力的增加,充气子传递能量的效率就越高,从而产生出在大爆炸期间发现的热物质粒子。

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如果把宇宙看成是以非常复杂的方式编码的信号。通过提供一种解码设备来了解信号的本质是科学家的工作,这是一种从宇宙中提取信息的方法。用计算机来模拟预测宇宙的外观,以便可以实际开始对其进行解码。这个再加热期应该在宇宙中的某个地方留下印记。只需要找到它即可。

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但是找到那个烙印可能很棘手。我们对宇宙的最早了解是在大爆炸之后几十万年留下的辐射气泡,称为宇宙微波背景(CMB)。然而,CMB只是在出生的最初几个关键时刻的宇宙状态。物理学家希望未来的引力波观测将提供最终的线索。


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