人类无法感知的0.001℃的温差,竟然是宇宙结构形成的关键所在

人类无法感知的0.001℃的温差,竟然是宇宙结构形成的关键所在

从地球上看到的相反方向的对地宇宙,现在看起来已经过于遥远,无法交流,但在大爆炸之前,两者就在一起。因此,对地的夜空有了看上去相同的理由,它们也的确相同。

现在,我们引入的这个全新的场——暴胀场,只是为了找到一个摆脱谜团的道路而创造出来的聪明戏法,以解释地球上相反方向的对地夜空为什么具有完全相同的温度,还是暴胀真的发生过?我们有没有可能证实这件事?

难以置信地,答案是肯定的。

大家都知道一个关于猫的实验——薛定谔的猫。它背后的想法是找到一个戏法能将微观世界的量子行为引入宏观世界,变成可被观察的现实。对于暴胀我们也能用同样的原理。而且这次不需要猫。

人类无法感知的0.001℃的温差,竟然是宇宙结构形成的关键所在

按时间顺序排列,暴胀时期发生在大爆炸之前。暴胀场将曾经非常微小的宇宙在一个短到无法想象的时间里变到非常巨大。暴胀场和它的基本粒子(暴胀子)随后通过E=mc²的比例衰变为纯能量,释放出非常巨大的能量,整个宇宙变得难以置信的炽热。这就是我们所理解的大爆炸开始时的情境。暴胀场的物质变成了能量,将后来构成我们今天一切事物的各种场激发出来。

在暴胀时期,宇宙膨胀的速度如此巨大,以至于所有可能(因此也就必然)发生的量子起伏都被冻结,一个接一个的。更令人惊奇的是,这些被冻结了的起伏直到今天依然能被科学家们从他们日益精确了解的宇宙微波背景辐射中分辨出来。

暴胀能够预测出遍布宇宙的背景辐射为什么难以置信地能以均匀这一方式呈现。但那只是我们当初引入暴胀的原因之一。它并不完全只是一个预测。

它还表明在这个均匀的辐射背景之上应该印着一些量子起伏的印记,以微小的温度差异方式表现。这种差异被称为“各向异性”。

人类无法感知的0.001℃的温差,竟然是宇宙结构形成的关键所在

当时这并不是一个已知的事实,但是随后这种起伏被确认了。美国天体物理学家乔治·斯穆特(George F.Smoot)和约翰·马瑟因(John C.Mather)因实证发现了宇宙微波背景辐射的极其一致性和各向异性而获得了2006年的诺贝尔物理学奖。

这种温度在两个地方相差约一摄氏度的千分之一,但的确有差别。这种差别甚至被认为是后来引发了恒星与星系形成的原因。

如果没有差别,整个宇宙将到处一片均匀,恒星将永远无法诞生。

因为有了这些起伏,我们幼年宇宙中的一处便与另一处有了微小的差异,引力让这些差异越变越大,这些差异被不停放大的结果就是,恒星以及构成我们宇宙的一切结构的诞生。


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