宇宙大爆炸之前發生了什麼?

小編之前曾發過一篇文章《 》,文章主要介紹了幾種宇宙大爆炸的幾種理論,有興趣的可以看一看,下面是文中的圖片,再貼一下。

宇宙大爆炸之前發生了什麼?

在揭示宇宙演化模型的路上,科學家提出了很多理論,其中最廣泛接收的理論是暴漲理論(上圖),該理論預測,宇宙在最初的轉瞬即逝的幾分之一秒內以指數速度膨脹。但是該理論也因為其反直覺而備受質疑,目前科學家已經提出了許多替代方案,其中一種方案認為大爆炸之前的宇宙(即所謂的原始宇宙)逐漸收縮而不是膨脹,因此該方案認為大爆炸是大反彈的一部分。

但是,就像兩小兒辯日一樣,空口白牙,誰都說自己是對的,而且所有這些理論都能很好解釋當前已經觀測到的現象,所以要在這些理論中做出選擇,尤其是在暴漲理論和非暴漲理論之間做出選擇就必須解決這些理論可證偽性的問題(即一個理論是否可以通過檢驗來潛在地證明它是錯誤的)。但是,問題是,暴漲理論是一個很靈活的想法,無法通過實驗加以證明,也就是說,不管人們用什麼標準來衡量某種可觀察到的屬性,暴漲模型總可以加以解釋。

噢,似乎陷入了僵局。

宇宙大爆炸之前發生了什麼?

振盪的重粒子在原始宇宙中產生了“時鐘”

但是,哈佛-史密松森天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,縮寫為CfA)的陳新剛和哈佛大學物理系的勒布(Loeb)、鍾志先宇等人領導的一個科學家小組,將他們所謂的“原始標準時鍾”理念應用於非暴漲理論,並提出了一種可以用來在實驗中證偽暴漲理論的方法。該想法最早提出於2016年,最新的進展發表在arxiv.org/abs/1809.02603。

為了找到一些能將暴漲理論和其他理論區分開的特徵,研究小組首先確定了各種理論的定義性質——宇宙宇宙大小的演化。

宇宙大爆炸之前發生了什麼?

原始宇宙中不同理論中原始標準時鍾產生的信號模式。上:大反彈理論,下:暴漲理論。

例如,在暴漲理論中,宇宙的大小呈指數增長,而在其他一些理論中,宇宙的大小會收縮。打個比喻,假如其他理論比作走路,那麼暴漲理論就像在坐加速的火箭一樣。

到目前為止,人們提出的用來測量的屬性通常很難區分不同的理論,因為它們與原始宇宙大小的演化沒有直接關係,而該小組想找出哪些可觀察到的屬性可以直接與定義屬性相關聯。

他們最終找到的結果就是——原始標準時鍾,這個鍾是原始宇宙中任何一種重基本粒子,重粒子是將量子力學和廣義相對論統一起來的“萬物理論”的預期產物。這樣的粒子在任何理論中都應該存在,它們的位置應該以一定的頻率振盪,就像鐘擺的滴答聲一樣。

原始宇宙並非完全一致。在極小的尺度上存在著微小的密度不規則性,這些不規則性形成了今天宇宙中觀測到的大規模結構的種子。這是物理學家瞭解大爆炸之前發生的事情所依賴的主要信息來源。標準時鐘的滴答聲產生的信號被印在這些不規則的結構中。不同的原始宇宙理論中的標準時鍾預測不同的信號模式,因為宇宙的進化歷史是不同的。

宇宙大爆炸之前發生了什麼?

如果我們把迄今為止我們所知道的關於宇宙大爆炸之前發生的一切的所有信息都想象成一卷膠片,那麼標準時鍾就會告訴我們這些膠片應該如何播放。沒有任何時鐘信息,我們就不知道電影應該向前還是向後播放,快還是慢,就像我們不確定原始宇宙是膨脹還是收縮,以及膨脹的速度有多快一樣,而這就是問題所在。當電影在大爆炸前拍攝時,標準的時鐘會在每一幀上蓋上時間戳,並告訴我們如何播放這部電影。

該研究小組計算了這些標準時鍾信號在非暴漲理論中應該是什麼樣子,並建議在天體物理觀測中應該如何尋找它們。“如果發現一種表示宇宙收縮的信號模式,就會證明整個暴漲理論是錯誤的,”鍾志先宇表示。

宇宙大爆炸之前發生了什麼?

宇宙微波背景(CMB)

這個想法的成功在於實驗。“這些信號很難探測到,”陳新剛說,“所以我們可能不得不在許多不同的地方進行搜索。”宇宙微波背景輻射就是這樣一個地方,而星系的分佈又是另一個地方。我們已經開始尋找這些信號,已經有一些有趣的候選信號,但我們需要更多的數據。”

未來的許多星系調查,如美國主導的LSST、歐洲的Euclid以及美國宇航局新近批准的SphereX項目,有望提供高質量的數據,用於實現這一目標。


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