早期宇宙與宇宙起源

宇宙暴脹

想像一隻氣球的表面,皺巴巴、揉成一團,上面畫著花紋。現在在不到一秒的瞬間把它吹大十億倍:皺褶被撫平,原本相鄰的花紋被甩到遙不可及之處,整個表面處處看上去都平滑而均勻。宇宙暴脹提出,極早期的宇宙做了類似的事——它經歷了一次短暫、快得幾乎令人難以置信的指數式膨脹,在一瞬之間尺度暴增了至少 10^26 倍。

暴脹被認為發生在大霹靂後約 10^-36 到 10^-32 秒之間,由一種奇特的能量場(常稱為暴脹子)驅動,其效果是一種「反重力」——一種把空間推開、使膨脹失控般加速的壓強。在每一個極短的「倍增時間」裡,距離翻一倍,再翻一倍,前後翻了幾十次之多。當暴脹結束時,儲存在那個場裡的能量被傾倒成普通的熱粒子和輻射,點燃了我們前面描述的那場熱大霹靂,並讓宇宙以此後較為平緩的步調繼續膨脹。

暴脹的提出,是為了醫治樸素熱大霹靂的三個棘手難題:為什麼宇宙在那些本不該有過任何接觸的區域之間看上去如此均勻(視界問題),為什麼空間在幾何上如此接近平直(平直性問題),以及後來一切結構那微小的種子從何而來(被拉伸到宇宙尺度的量子漲落)。它優雅地一併解決了這三個問題,並給出可檢驗的預言,其中數條與宇宙微波背景吻合得極好。不過,暴脹是一個強有力、動機充分的框架,而非一樁已經完成、得到證實的事實:我們並不知道暴脹子究竟是什麼,存在許多互相競爭的版本,而它所預言的重力波印記,也尚未被自信地探測到。

這一拉伸的規模令人瞠目。如果暴脹把宇宙放大了 10^26 倍,那就好比把一個原子核大小的東西吹脹成整個太陽系那麼大——而這一切,都發生在遠短於萬億分之一萬億分之一秒的一瞬之間。後來成為我們整個可觀測宇宙的那一小片,起初比一個質子還要小。

暴脹在一瞬之間,把一小片比質子還小的區域吹脹到宇宙尺度。

暴脹是目前最主流的解釋,而非已被證實的事件。它解決了真實的難題,也與宇宙微波背景吻合得很好,但我們並不知道是什麼驅動了它,其決定性的印記(原初重力波)也尚未被探測到。

又稱
inflationinflationary epoch暴胀暴胀理论