维持宇宙稳定的“神秘力量”到底是什么?

我们知道,宇宙大爆炸创造了世界,但是在大爆炸之后,宇宙又是如何保持稳定的?这个问题引出了一系列问题,比如为什么这次大爆炸没有摧毁组成物质的粒子?是什么把物质束缚在一起的?又是何种力量,把星尘塑造成为数量庞多的恒星与行星?有许多理论解释大爆炸为何可以创生世界,而非将世界摧毁。

维持宇宙稳定的“神秘力量”到底是什么?

图解 : 根据大爆炸理论,宇宙是由一个极紧密、极炽热的奇点膨胀到现在的状态。

少了什么?

许多科学家推测我们现有的物理学体系忽略了某种重要的东西。“我们知道,粒子物理学的基本模型尚不能解释为什么宇宙在大爆炸中创生,”帝国理工学院物理系的雅尔图·拉詹提教授说。标准模型中最难以摸索的领域是希格斯-玻色子及其与引力的关系。

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图解:在大型强子对撞机观测到的因质子碰撞而产生的希格斯玻色子候选事件:上方的紧凑渺子线圈实验展示出衰变为两个光子(黄虚线与绿实线)的事件,下方的超环面仪器实验展示衰变为四个μ子(红径迹)的事件。

到目前为止,传统的粒子加速器在这个领域还帮不上忙,但它对希格斯粒子在膨胀期间的稳定与否有很大的影响。很明显,这里的关键在于将这种关系研究得更透彻,并将研究成果用于探索创世之初。宇宙学观测可以监测宇宙的各个部分,并寻找同种相互作用的有关信号,从而填补物理学中未知领域的空缺。

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图解:在标准模型中的费米子有六种是夸克(以紫色表示),有六种是轻子(以绿色表示),除了费米子以外,还有四种规范玻色子(以红色表示),以及希格斯玻色子(以黄色表示)。

引力!

从林林总总的数据中,一条思路愈发明显:引力就是我们方程式中遗失的那一项。即便是微小的引力也可以将粒子束缚在一起,并不需要任何新理论的帮助。来自伦敦、哥本哈根和赫尔辛基的科学家们合作,提出了关于引力在世界创生中意义的简洁解释。很明显,引力与希格斯-玻色子一同,就足以将这个世界塑造成型。

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图解:在紧凑μ子线圈探测器里,从质心能量为8 TeV的质子-质子碰撞事件记录数据制作出的三维绘景图。

简而言之,如果宇宙学数据可以帮助我们明确引力和希格斯-玻色子场之间的关系,我们就能找回物理学基本模型中遗失的关键一项。我们将在理解生命与世界本源的道路上更进一步。而这是全人类一直在奋斗、向往和梦想的终极目标。

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图解:在超环面仪器里,4-μ子候选事件示意图。

大爆炸理论是可见宇宙范围之内最能被广泛接受的宇宙模型,适用于从时间之始到后来宇宙万物生长演化时的每一个时代。这个模型可以解释宇宙是如何从一个高密度、高温度的状态一步步膨胀,还可以为各种各样的宇宙现象提供统一的解释,包括轻元素的富集、宇宙微波背景辐射(CMB,Cosmic Microwave Background)、大尺度结构和哈勃定律(河外星系的视向退行速度与距离成正比,即距离越远,视向速度越大)。

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图解:图解:艺术家绘制的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)采集数据的景象

借助已知的物理学定律,在时间的维度上推演观测数据,得到的结论是在一个密度极高的时间段之前,宇宙本身是一个奇点,而这个奇点无疑与大爆炸直接相关。我们现有的知识还不足以证明这个奇点就是宇宙的开端。从乔治·勒梅特于1927年首次提出宇宙是由一个原点扩张而来的观点以来,科学家们已经把宇宙膨胀的理论发展得十分完备了。

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图解:哈勃超深空场描绘了远古时代的星系图景,根据大爆炸理论,它们处于一个更年轻、更致密且更炽热的宇宙。

科学界曾经因在这个问题上的分歧——大爆炸理论与静态宇宙理论——而分道扬镳,而绝大多数经验证明先进的主流理论,大爆炸理论,是正确的。1929年,在分析了各个星系的红移数据后,埃德温·哈勃总结出了星系之间正彼此远离的结论;这是支持宇宙正在扩张的重要证据,1964年,宇宙微波背景辐射被发现,这则是“热爆炸”模型的关键证据,这个模型准确地预测了背景辐射的存在。

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图解:威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)拍摄到宇宙在大爆炸发生后宇宙微波背景的影像

https://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang

https://www.learning-mind.com/what-kept-the-universe-stable-after-the-big-bang/

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. 北河三- learning-mind

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