宇宙暴胀(cosmic inflation)
宇宙微波背景在每一个方向上看上去几乎是完全相同的温度,哪怕是两片相隔极远、在宇宙的寻常历史里根本无从接触、无从交换热量的天区也是如此。那它们为什么会一致?这就好比世界两端的两壶水被发现温度分毫不差,却没有任何途径曾经接触过。宇宙暴胀是目前最主流的答案:它认为,在最初那一瞬的几分之一秒里,宇宙经历了一场短暂而快得惊人的膨胀爆发。
这个设想是:在开端之后远不到万亿分之一万亿分之一秒的转瞬之间,宇宙在一个特殊场的能量驱动下,体积一遍又一遍地翻倍,几乎在瞬间膨大了一个巨大的倍数。这一下子解决了好几个谜题。一块在暴胀之前还很小、已经混匀的区域,被拉伸成了我们整个可见的宇宙——这正是遥远天区共享同一温度的原因:它们曾经是接触着的。暴胀还把任何弯曲都抹平了,解释了为什么空间在几何上看起来是平的。而最关键的是,那个初始微粒中存在的微小量子涨落,随着一切被一同拉伸,变成了那些轻微的密度起伏,它们日后在引力作用下生长成了全部的星系。
暴胀是粒子物理与宇宙结构起源最戏剧性地交汇的地方。整套图景仰仗一个场——在精神上很像希格斯场——它的能量在短时间内主宰了宇宙,而它烙印在宇宙微波背景上的图案,如今已被精细地测量。然而必须直言:暴胀尽管成功得令人印象深刻,却并非已确认的事实:那个负责的场究竟是什么尚不可知,好几个版本彼此竞争,而一道长久求索的直接指纹——CMB 偏振中一种特定的引力波图案——至今仍未被找到。它依然是一个引人入胜、可供检验的框架,而非已成定论的物理。
暴胀预言,宇宙微波背景中那些微小的温度涟漪应当呈现一种特定的统计图案——在某些尺度上比另一些尺度上结构略多一点——而实测到的图案与这一预言吻合得相当之好,这正是它如此受重视的原因。
刹那间一场失控的膨胀,也许塑造了一切。
暴胀是主流框架,而非已确立的事实:没有人知道是哪个场驱动了它,相互竞争的版本给出不同的预言,而那个最直接、最被寄予厚望的特征至今仍未被观测到。它经济地解释了许多事情,但仍是一个受检验中的假说。