早期宇宙与宇宙起源

宇宙暴胀

想象一只气球的表面,皱巴巴、揉成一团,上面画着花纹。现在在不到一秒的瞬间把它吹大十亿倍:皱褶被抚平,原本相邻的花纹被甩到遥不可及之处,整个表面处处看上去都平滑而均匀。宇宙暴胀提出,极早期的宇宙做了类似的事——它经历了一次短暂、快得几乎令人难以置信的指数式膨胀,在一瞬之间尺度暴增了至少 10^26 倍。

暴胀被认为发生在大爆炸后约 10^-36 到 10^-32 秒之间,由一种奇特的能量场(常称为暴胀子)驱动,其效果是一种「反引力」——一种把空间推开、使膨胀失控般加速的压强。在每一个极短的「倍增时间」里,距离翻一倍,再翻一倍,前后翻了几十次之多。当暴胀结束时,储存在那个场里的能量被倾倒成普通的热粒子和辐射,点燃了我们前面描述的那场热大爆炸,并让宇宙以此后较为平缓的步调继续膨胀。

暴胀的提出,是为了医治朴素热大爆炸的三个棘手难题:为什么宇宙在那些本不该有过任何接触的区域之间看上去如此均匀(视界问题),为什么空间在几何上如此接近平直(平直性问题),以及后来一切结构那微小的种子从何而来(被拉伸到宇宙尺度的量子涨落)。它优雅地一并解决了这三个问题,并给出可检验的预言,其中数条与宇宙微波背景吻合得极好。不过,暴胀是一个强有力、动机充分的框架,而非一桩已经完成、得到证实的事实:我们并不知道暴胀子究竟是什么,存在许多互相竞争的版本,而它所预言的引力波印记,也尚未被自信地探测到。

这一拉伸的规模令人瞠目。如果暴胀把宇宙放大了 10^26 倍,那就好比把一个原子核大小的东西吹胀成整个太阳系那么大——而这一切,都发生在远短于万亿分之一万亿分之一秒的一瞬之间。后来成为我们整个可观测宇宙的那一小片,起初比一个质子还要小。

暴胀在一瞬之间,把一小片比质子还小的区域吹胀到宇宙尺度。

暴胀是目前最主流的解释,而非已被证实的事件。它解决了真实的难题,也与宇宙微波背景吻合得很好,但我们并不知道是什么驱动了它,其决定性的印记(原初引力波)也尚未被探测到。

又称
inflationinflationary epoch暴胀暴胀理论