09.20 宇宙中的这一切是如何开始的?

宇宙中的这一切是如何开始的?

天空中微弱的余辉告诉我们,宇宙在138亿年前爆炸形成。但是我们还没有掌握大爆炸的整个故事。

当宇宙的帷幕升起时,光停了一会儿。大约在最初的38万年里,在宇宙舞台上的一瞬间,带电粒子像在不透明的雾中一样冲击着早期宇宙周围的光,而没有一丝微光逃脱。然后物体冷却到足以形成原子,散射停止,光被释放。

值得注意的是,我们仍然可以看到那道光。我们从星系运动的观测中得知,空间从宇宙开始就一直在膨胀,而这束光也随之膨胀和冷却。现在它充满了整个空间,一个温度为2.7开尔文的低频微波。

自从1964年它被发现以来,我们已经制作了这个宇宙微波背景在整个天空中难以置信的精确地图。普朗克卫星在2014年完成了为期四年的扫描,这让人有些困惑。大爆炸余辉似乎让人怀疑是否爆炸是如此之大。

这个问题与膨胀有关。上世纪80年代,宇宙学家艾伦·古斯(Alan Guth)等人提出了一种理论,用来解释为什么宇宙中的物质似乎如此均匀地分布在各个方向。在一个平淡无奇的大爆炸中,量子涨落应该会造成随着宇宙膨胀而增长的物质密度的差异。古斯通过提出宇宙大爆炸时充满时空的“膨胀”场的存在来解释宇宙的同一性,迫使它以比光速更快的速度分开。这意味着我们所看到的一切都来自原始空间的一个细小而均匀的区域。

宇宙中的这一切是如何开始的?

膨胀很快就成了福音。但是,膨胀场的能量越大,在时间开始的时候,被微小引力波所震动的时空就越多。然而,我们在普朗克地图上没有看到引力波效应的痕迹。

纽约哥伦比亚大学的宇宙学家安娜·伊贾斯(Anna Ijjas)说,这不是不可能用膨胀来衡量的,但它是困难的。她说:“我们从普朗克中学到的是,最简单的模型已经过时了。”

这就使膨胀理论失去了意义。伊贾斯说:“我们可以尝试修复它,或者我们可以找到更好的东西。”普朗克地图正促使她和其他人,包括膨胀理论的主要设计师之一,普林斯顿大学的保罗·斯坦哈特(Paul Steinhardt),对开始有不同的看法。他们说,这不是一声巨响,而是一次反弹。

宇宙中的这一切是如何开始的?

描述膨胀、收缩、再膨胀的“循环”宇宙的模型已经存在了一段时间,最近其他的环境证据也为它们提供了支持。它们的吸引力在于,尽管它们将宇宙压缩得非常小,但却永远不会出现最难以理解的量子效应发挥作用的微小尺寸。

正确的答案仍然是猜测,但伊贾斯说,她希望能够在几年内根据反弹模型做出预测,并将它们与宇宙微波背景的观测结果进行比较。宇宙的开端也许是黑暗的,但我们可能很快就会从新的角度来看待它。


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