早期宇宙与宇宙起源

视界问题

假设你发现一座巨大仓库两端的两个温控器读数完全相同,精确到小数点后四位——可你又知道这座仓库才刚刚存在了几秒钟,远不够热量或任何信号从一端传到另一端。你会感到困惑:它们从来没机会「商量」,怎么会吻合得如此完美?这正是视界问题的样子,也是朴素热大爆炸无法解释的难题之一。

当我们观测宇宙微波背景——宇宙三十八万岁时遗留下来的辉光——时,发现它在每一个方向上的温度几乎完全相同:比绝对零度高 2.725 度,而且横跨整片天空,差异只在约十万分之一的水平。麻烦在于:天空中两个方向相反的区域相距如此遥远,以致在标准热大爆炸里,光(因而也包括任何影响,因为没有什么跑得比光更快)从来不曾有时间在它们之间传递。它们处在彼此的「视界」之外。那么它们怎么会落到完全相同的温度,仿佛精心地彼此校准过一般?从未交流过的区域,本不该如此一致。

宇宙暴胀给出一个干净利落的答案。在暴胀之前,后来成为我们可观测宇宙的整个区域只是一小片,小到其中各部分彼此紧密接触,有时间把温度抹匀成同一个值。随后暴胀把这片已经均匀的小区域拉伸到极大,将它的各部分甩到远在彼此视界之外,却也带着那份早已商定好的均匀一同被甩了出去。于是温度的一致,是早年亲密接触的记忆,被一阵膨胀冻结了下来。视界问题是暴胀的主要动机与成就之一——不过值得指出,它是一个关于「如何解释」的问题,而非观测中的矛盾。

在微波天空中挑出相隔 180 度、恰好位于天空两端的两片区域。在朴素热大爆炸里,它们的光是从这样的地方传到我们这里的:在光出发的那一刻,那两处的间隔,远远超过了光在此前整个宇宙年龄里所能跨越的距离。它们从来不曾有过因果联系——可它们的温度却吻合到约十万分之几以内。

天空两端的温度彼此吻合,尽管它们本不该有过任何接触。

视界问题并不是观测上的矛盾,而是一个关于解释的难题:朴素大爆炸要拟合均匀的天空,只能预先假定它一开始就是均匀的。暴胀则解释了为什么这种均匀是自然的,而不是侥幸的巧合。

又称
homogeneity problem均匀性问题地平线问题