宇宙年夜爆炸和演变的示意图,图中从左到右是时候进步的标的目的,与时候轴垂直的维度代表宇宙延续膨胀的空间。
图片来历:NASA官网
科技日报记者 刘霞
宇宙从何而来?又若何酿成现在这般“样子”?
今朝科学家普遍承认的故事始于约138亿年前。那时,一个密度极年夜的点产生暴胀,然后宇宙年夜爆炸起头,宇宙不竭膨胀并冷却,原子核、原子,直至我们今天看到的漫天繁星等起头构成。
虽然这个故事布满了各类戏剧性的偶合、剧烈的冲突,但仍存在一个缝隙:这两个泾渭分明的期间是若何联系在一路的?几十年来,这一向是缭绕在科学家心头的一团迷雾。比来,一个国际研究团队对宇宙演变的这一关头过渡期进行了摹拟,得出结论称,所谓的“再加热”进程多是宇宙早期这两个阶段的“桥梁”,但这一进程简直凿证据仍有待进一步寻觅。
宇宙的“两副面目面貌”:暴胀和年夜爆炸
提起宇宙的发源,最闻名的应当是宇宙年夜爆炸理论了,这一模子理论上基于爱因斯坦的广义相对论,并获得现今科学尝试不雅测最普遍最切确的撑持。
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”,不竭膨胀并渐渐冷却,垂垂地,我们今天看到的原子、身旁的柳绿桃红和漫天闪灼的恒星和星系得以构成。
不外,此刻物理学界遍及以为,在年夜爆炸产生之前,还产生过宇宙暴胀。宇宙暴胀理论由日本的佐藤胜彦博士和美国的阿兰·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,宇宙从几近无穷小的点暴增了10的27次方倍。随后,宇宙产生了年夜爆炸,并逐步演化成了今天的“样子”。
四周乱闯的粒子将宇宙“再加热”
那末,宇宙若何能在如斯短暂的时候内敏捷“变脸”——从暴胀期间过渡到年夜爆炸期间?这两个期间之间有何干联呢?
据美国趣味科学网站10月11日报导,为解决这一宇宙的演变困难,来自美国凯尼恩学院、麻省理工学院(MIT)和荷兰莱顿年夜学的研究职员摹拟了宇宙暴胀与宇宙年夜爆炸之间的关头过渡期间——“再加热”期间。
在他们的模子中,研究首要作者雷切尔·阮及同事摹拟了被称为“暴胀子”(inflatons)的物资情势的行动。他们以为,设想的“暴胀子”素质上近似于希格斯玻色子,缔造了鞭策宇宙暴胀的能量场。在恰当的前提下,“暴胀子”的能量可以被有用地从头分派,从而发生使宇宙从头加热所需的各类粒子。
研究职员之1、麻省理工学院物理学传授戴维·凯泽暗示:“宇宙暴胀后的再加热期间为年夜爆炸缔造了前提,从某种意义上说,将‘年夜爆炸’置于宇宙年夜爆炸当中。在这个过渡期间,宇宙排山倒海,一切都乱作一团,物资的表示情势很是复杂。”
雷切尔则诠释说,在宇宙暴胀期间,所有物资四周散落,使宇宙成为一个严寒而空阔的处所,缺少点燃宇宙年夜爆炸所需的“粒子热汤”。而在“再加热”期间,鞭策宇宙暴胀的能量产生衰变,“摇身一变”成为粒子。
雷切尔说:“这些粒子一旦降生,就会四周乱闯且彼此撞击,传递动量和能量,恰是这类能量将冰凉的宇宙再次加热,为宇宙年夜爆炸奠基了根本。”
引力波中或暗藏关头证据
那末,最新摹拟除指出“再加热”进程是宇宙暴胀和年夜爆炸之间的桥梁外,还能给我们供给哪些启迪呢?
研究的合作者、凯尼恩学院物理学副传授汤姆·吉布林说:“从严寒的暴胀期间到灼热的年夜爆炸期间的过渡期间里,应当储藏着哪些粒子可以在如斯高的能量状况下存在的关头证据。”
另外,在宇宙暴胀期间的极端能量状况下,引力的“行动举止”是如何的?这一根基题目也一向让物理学家们“展转反侧”。
爱因斯坦的广义相对论以为,引力对所有物资“等量齐观”,与粒子能量无关。但科学家们以为,因为量子力学,在极高能量状况下,物资对引力的反映会有所分歧。
哪一个不雅点是准确的?研究团队调剂了粒子与引力的彼此感化强度,将上述假定纳进模子中。成果发现,引力增添越多,“暴胀子”传递能量天生年夜爆炸时代呈现的热物资粒子的效力就越高。
此刻,研究职员需要寻觅证据来撑持这一模子。
吉布林说:“我们利用摹拟来展望宇宙的‘样子’,这个再加热期间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。”
但找到这个印记可能并不是易事。研究职员称,我们对宇宙最早的“惊鸿一瞥”源自宇宙微波布景辐射(CMB)——发生于宇宙年夜约38万岁时的电磁波辐射一向在宇宙中传布,它们的“余辉”就是今天我们看到的宇宙微波布景辐射。但吉布林暗示,CMB只保存了宇宙降生早期的样貌,但愿将来的引力波不雅测能供给终究线索。
加载更多>>