宇宙大爆炸是暴胀和膨胀吗说实话,看到请回复,谢谢!

  宇宙大爆炸理论中大约138亿姩前,宇宙发生了一场大爆炸;由一个体积无限小无比致密的奇点状态,开始膨胀、冷却并引发一系列反应,造就了第一批恒星和星系以及今天我们见到的所有物质形式。

  物理学家相信就在大爆炸将宇宙推向不断膨胀的轨道之前,早期宇宙还经历了宇宙暴胀的階段其持续时间不到万亿分之一秒。

  在暴胀期间低温、均匀的粘稠状物质以指数级的速度膨胀,随后大爆炸继续进行宇宙以更慢的速度膨胀,并形成初期宇宙

  近年来一些独立的观测结果支持了大爆炸和宇宙暴胀的理论,但是这两个过程是如此的截然不同,以至于科学家一直难以理解它们是如何先后发生的

  最近物理学家详细模拟了早期宇宙的一个中间阶段,而这个阶段可能连接了宇宙暴胀和大爆炸

  研究人员将这一阶段称为“再加热”,发生在宇宙暴胀的末期其过程是将已经膨胀的低温、均匀物质转变成温度超高且成分复杂的“汤”,为大爆炸的开始做好准备

  暴胀后的再加热时期为大爆炸创造了条件,在某种意义上这使“大爆炸”变嘚名副其实,正是在这个桥梁时期一切都开始松动,物质的行为变得非常复杂

  物理学家详细模拟了在暴胀末期的这场混乱中,多種形式的物质是如何相互作用的模拟显示,推动暴胀的极端能量以同样快的速度在更短的时间内重新分布并以某种方式产生了大爆炸開始所需的条件。

  如果量子效应改变了物质在极高能量下对引力的反应方式偏离了爱因斯坦广义相对论所预测的物质和引力的相互莋用方式,那么这种极端的转变将会更快、更有效

  这使我们能够讲述一个完整的故事,从暴胀到后暴胀时期再到宇宙大爆炸,甚臸更远以后我们可以追踪一系列连续的过程,所有这些过程都是已知的物理过程我们可以说,这是一种合理的方式让宇宙呈现出今忝所看到的样子。

  20世纪80年代麻省理工学院的物理学教授艾伦?古思首次提出了宇宙暴胀理论。该理论预测宇宙最初是一个极其微尛的物质点,可能只有质子的1000亿分之一大小

  这粒“微尘”充满了超高能的物质,其能量如此之大以至于内部的压力产生了一种排斥性引力——这就是暴胀背后的驱动力。

  就像引信上的火花一样这种引力以前所未有的速度使新生的宇宙向外爆炸,在不到一万亿汾之一秒的时间内将宇宙膨胀到接近原始大小的10^25倍(1后面有26个0)。

  科学家们一直试图弄清楚再加热的最初阶段——宇宙暴胀末期和夶爆炸之前的过渡阶段——可能发生了什么

  再加热的最初阶段应该用共振态来标记,一种高能物质占据了主导地位它在广阔的空間中与自身同步来回摆动,导致新粒子的爆发这种行为不会永远持续下去,一旦它开始将能量转移到另一种形式的物质上它自身的波動将在空间中变得更加起伏不定。科学家想要测量的是这种共振效应需要多长时间才会破裂,产生的粒子才会彼此分散并达到某种热岼衡,类似于大爆炸的情况

  计算机模拟显示了一个大的交错结构,上面绘制了多种物质形式并追踪了它们的能量和分布如何随着某些条件的改变而在空间和时间上发生变化。

  模拟的初始条件基于一个特定的暴胀模型即一组关于早期宇宙物质在暴胀期间可能如哬分布的预测。

  科学家之所以选择这种特定的膨胀模型是因为它的预测与宇宙微波背景的高精度测量结果非常吻合。宇宙微波背景昰宇宙大爆炸38万年后发出的辐射残余人们认为其包含了暴胀时期的痕迹。

  该模拟跟踪了两种可能在暴胀期间占主导地位的物质的行為与最近在其他实验中观察到的一种粒子——希格斯玻色子——非常相似。

  在进行模拟之前研究小组对模型的引力描述进行了微調。我们今天看到的常规物质会以爱因斯坦广义相对论预测的方式响应引力;具有更高能量的物质,如可能存在于暴胀期间的物质其荇为应当有所不同。它们与引力相互作用的方式可能受到量子力学影响或在原子尺度相互作用。

  在爱因斯坦的广义相对论中引力嘚强度表示为一个常数,物理学家称之为“最小耦合”意思是无论一个特定粒子的能量如何,它都会以一个通用常数设定的强度对引力效应做出反应

  然而,宇宙暴胀预测的高能量下物质与引力的相互作用以稍微复杂一点的方式进行。量子力学效应预测当与超高能物质相互作用时,引力的强度在空间和时间上会发生变化这种现象被称为“非最小耦合”。

  物理学家将一个非最小耦合项纳入了暴胀模型并观察了物质和能量的分布如何随着量子效应的上升或下降而变化。

  最后他们发现,经过量子力学修正的引力效应对物質的影响越强宇宙从低温、均匀的暴胀物质过渡到更热、更多样的大爆炸特有物质的速度就越快。

  通过调整这个量子效应他们可鉯使这个关键的转变发生在2到3“e-fold”时。e-fold指的是宇宙(大约)膨胀3倍所需的时间

  在这种情况下,他们成功模拟了宇宙膨胀到2至3倍的时間内再加热的过程相比之下,暴胀本身发生在约60 e-fold时

  再加热是一个疯狂的时期,一切都乱了套当时物质的相互作用是如此强烈,鉯至于它可以相应地迅速“放松”下来为大爆炸创造了合适的条件。我们不知道实际是不是这样但这是从模拟中得出的结论,采用的嘟是已知的物理学这就是让我们兴奋的地方~~

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奇点宇宙大爆炸学说麻烦来了

奇點宇宙大爆炸学说把宇宙膨胀形象比喻为膨胀的气球表面面积有限,球面人紧贴在球面找不到边界,这个关于宇宙的模型就是有限无堺宇宙模型如果气球膨胀,球面上每一点都可以把自己看成是宇宙的中心球面上分布的星系相互远离,距离越大远离越快,符合哈葧定律:速度=哈勃常数×距离,并且认为这是空间膨胀的速度,它带着星系相互远离而星系其实还是在原地。光波波长在空间膨胀的情況下被拉长出现宇宙学红移。

在宇宙这个“气球”还特别小面积接近零时,叫做奇点如果按照哈勃定律,接近奇点的球面宇宙对趾點(球面直径的两个端点)距离最远也接近零,它们相互远离的速度也接近零光波在里面一秒钟可以跑遍宇宙无数个来回。

麻烦来了接近奇点的球面宇宙膨胀速度竟然趋于零。像乌龟爬行速度一般慢的宇宙膨胀能够在138亿年膨胀到现在的宇宙规模吗?

暴胀宇宙模型认為宇宙经历了一次暴胀短时间就扩大到接近现在的宇宙规模。

问题是这不符合哈勃定律。哈勃定律中的哈勃常数就不是常数即便不昰常数,在宇宙还是奇点的时候零乘任何数仍然是零,无论哈勃常数是多么大的数字它与零距离的乘积就是零。宇宙膨胀速度近乎为零宇宙暴胀是根本不可能发生的事。

哈勃定律还导致在一定距离的地方宇宙膨胀速度远远超过光速。这本身是相对论不允许的但是,为了自圆其说认为这是空间膨胀与相对论无关。其空间膨胀的动力是暗能量而暗能量就超光速。现在科学家发现的已知物质粒子没囿任何物质可以超光速而暗能量超光速推动宇宙空间超光速膨胀。暗能量就不符合相对论光速限制这又违反相对论。

奇点宇宙大爆炸絀自相对论而又违反相对论,自相矛盾

奇点宇宙大爆炸就是充满矛盾的宇宙起源与演化的学说,没有进行量子化和粒子化

粒子化宇宙起源与演化的学说就是正反王为民粒子白洞创生正反宇宙定律。

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普朗克太空望远镜效果图

  鸿蒙之初天地之间什么都没有,是一个完全的虚空没有能量,也没有任何物质接着,就在这片虚无之中宇宙诞生了。刚初生的宇宙非常小但密度很大,而且充满了能量再接着,一刹那之间宇宙的尺寸迅速变大,这种暴胀导致宇宙的尺寸至少增加了1025倍

  这就昰对我们现在耳熟能详的暴胀理论的基本阐述,“暴胀宇宙论”认为初期宇宙曾经发生过“速度高到无法想象的超急剧膨胀”。科学家們用这一目前在物理学领域占据支配地位的理论来解释宇宙大爆炸之后所发生的事情以及宇宙如何形成我们今天所看到的模样。尽管很哆科学家们现在相信暴胀确实发生了,但他们仍然不知道暴胀如何开始、为何会发生以及如何结束而且,迄今为止也没有任何扎实嘚实验证据来对宇宙的这一加速膨胀过程进行证明。

  美国太空网(SPACE.com)在近日的报道中指出欧空局的普朗克太空望远镜即将发回的新數据有望为暴胀提供坚实的证据。科学家们希望只需要数月时间,他们或许就可以解开这个谜题他们会对普朗克太空望远镜在接下来嘚几个月提供的新数据进行仔细地核实和验证。

  欧空局的普朗克太空望远镜以德国物理学家马克斯·普朗克的名字命名,自从2009年5月14日升空以来普朗克太空望远镜已经为科学家们提供了不少有价值的科研图像,其中最突出的当属2010年12月底拍摄的首张宇宙全景图图中展现叻宇宙中最古老的光。

  宇宙微波背景辐射证据不足

  这种名为宇宙微波背景辐射(CMB)的光是宇宙的化石,是宇宙大爆炸的“余烬”它均匀地分布在整个宇宙空间。科学家们认为它出现在宇宙发生暴胀(也就是宇宙出生约38万年)之后,那时中性原子开始形成,洏且对于光来说,太空变得透明

  普朗克上携带了一系列高灵敏度仪器,能够对宇宙微波背景辐射进行深入探测2013年3月21日,欧洲航忝局公布了根据普朗克太空探测器传回数据绘制的宇宙微波背景辐射图这幅图以前所未有的精确度验证了宇宙标准模型,也支持暴胀理論但这副图同时也展示出一些与现有宇宙理论假说的不同之处,例如被认为激发了大爆炸的“暗能量”比以前所知的要少这意味着目湔的理论需要修正。

  暴胀理论的支持者认为普朗克的结果完美地暗示了暴胀如何工作。然而批评人士则认为,科学家们只不过是將暴胀模型稍作修改让其与数据相吻合,而不是真正解释暴胀

  美国哈佛大学的天体物理学家安娜·利贾斯表示,普朗克提供的所有数据表明,宇宙“非常简单”。然而其2013年提供的这批数据只能支持非常复杂的暴胀模型,“只对一些非常受限的初始环境起作用”

  细微的密度波动导致星系形成

  科学家们希望,普朗克卫星即将提供的下一批数据能够证明暴胀是否真能够解释为何我们目前的宇宙会拥有这样的形状。而且宇宙暴胀理论的支持者们也认为,这些数据有可能证明量子物理学里能发现现今宇宙的种子。

  通过普朗克提供的数据和此前的其他观测获得的数据科学家们已经知道,宇宙微波背景辐射的密度表现出了轻微的波动在接下来的137亿年间,隨着宇宙不断膨胀这种密度波动变得非常大。

  英国剑桥大学的理论物理学家丹尼尔·鲍曼表示,这些古老的密度波动可能源于宇宙大爆炸之后就出现的、时空内细微且自发的量子波动。他说:“我们相信,宇宙暴胀将这些细微的量子波动拉升成我们在今天的宇宙中所观察到的密度波动”

  既然这些密度波动就出现在暴胀之后,这意味着当宇宙微波背景辐射被制造出来时,它们已经在那儿恭候了洏且,密度更大的区域会吸收更多物质并最终形成我们现在看到的星团和星系

  密度波动或隐藏着暴胀的秘密

  宇宙微波背景辐射Φ发现的密度波动为我们理解暴胀提供了一个新的维度。当宇宙微波背景辐射开始“发光时”量子波动已经“变身”为密度波了。

  普朗克太空望远镜提供的第一套数据不仅证实了这种波动而且也证明,在很大的距离范围内这些密度波动都相互关联,所有拥有同样波长的波似乎会同时振荡

  鲍曼说:“使用暴胀理论,很容易对这种相干进行解释这是我们迄今做出的最令人兴奋的观察发现,真昰太不可思议了”

  科学家们对宇宙微波背景辐射所做的诸多测量中,得出的最令人诧异的一个结论却是这种化石光的温度具有一致性,上下变化不超过0.0003摄氏度鲍曼说,只有两种方式才能让宇宙获得这样整齐划一的温度

  在一个非暴胀的模型中,宇宙不同部分嘚温度一定非常不同接着,随着时间的推移温度会达到平衡,就像房间内的物体会“达到室温”一样然而,宇宙太年轻了因此,茬这么广袤的宇宙空间和如此短暂的时间内无法获得这种平衡这样一来,我们似乎陷入了悖论中:尽管它们无法相互“联系”但宇宙Φ距离遥远的部分仍然拥有同样的温度和密度。

  鲍曼说暴胀提供了更好的解决方案:所有物质最初拥有同样的温度,接着它们突然被加速撕裂因此,现在我们看到的情况是物体之间存在着细小的温度差异,因为它们都始于同样的地方具有同样的温度。

  鲍曼認为这就像发现距离非常远的两杯咖啡,拥有同样的温度如果它们从来没有靠得非常近来交换热量,那么它们根本没有理由拥有同樣的温度。但如果这两杯咖啡“由同样的咖啡机同时产生接着,暴胀将咖啡杯带走并以超光速的速度让其快速分开那么,它们就可能擁有同样的温度”

  引力波也是呈堂证供

  尽管研究宇宙微波背景辐射极其微弱的光非常需要技巧,但其也会提供巨大的科研回报这是因为,科学家们认为宇宙最初的量子波动应该也触发了引力波。引力波这一概念由爱因斯坦提出指的是时空的波纹,不过目湔还只停留在理论阶段。

  如果科学家们能发现引力波并用其来标示宇宙微波背景辐射的波动,它们有望为暴胀理论提供强有力的证據鲍曼说:“看见引力波将成为宇宙暴胀模型的确切证据。”

  不过获得这一证据非常复杂,因为它依靠宇宙微波背景辐射发出光嘚偏振的细微变化存在着两类偏振变化:E模型和B模型,后者描述了这种偏振的旋转或扭曲物理学家们也认为,正是这一变化为暴胀理論提供了坚实的证据

  利贾斯说,爱因斯坦的相对论指出宇宙微波背景辐射将证明B模型偏振,因为宇宙暴胀期间时空的撕裂需要巨夶的能量

  如果宇宙微波背景辐射发出的光确实以这种方式发生扭曲,暴胀将提供非常好的解释利贾斯说:“因为,这样一种高能機制将以非常暴烈的方式让时空发生震颤这样,我们就能通过测量其产生的引力波的振幅来确定其强度”

  鲍曼说,引力波或许也能说服那些目前正研究替代暴胀理论的科学家们接受这一模型他说:“看见B模式将让我们更加确信,暴胀曾经发生而且,我们都来自於量子波动”

  利贾斯也认同这一观点,她表示:“迄今为止科学家们的一贯做法是设计复杂的拥有很多参数(这些参数与普朗克提供的数据相吻合)的暴胀模型。能否探测到引力波的存在意义重大其能有效地对暴胀理论进行证实或者证伪。”

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