今天,我們的中年宇宙看起來異常平穩。事實上,太光滑了。
雖然時空的快速成長可以解釋我們所看到的現象,但科學需要的不僅僅是好的想法。它需要證據來消除爭論。我們可能最終知道去哪裡尋找一些。
天文物理中心的物理學家團隊|哈佛與史密森尼 (CfA) 和哈佛大學重新審視早期宇宙的演化,為我們提供了一種方法來幫助那些通膨模型從人群中脫穎而出。
“通貨膨脹目前的情況是,它是一個非常靈活的想法,無法通過實驗來證偽。”理論物理學家阿維·勒布說來自 CfA。
“無論人們衡量某些可觀察屬性的價值是什麼,總有一些通貨膨脹模型可以解釋它。”
一段時間以來,我們一直堅信我們的宇宙正在膨脹——它的結構在某種奇怪的影響下慢慢伸展「暗」能量。
如果我們按宇宙快退鍵直到它還不到10個-43秒老了,我們已經到達了物理學知識所能處理的極限。在那一刻之前?幾何是如此瘋狂,我們只是不知道從哪裡開始。
向後運行計算,我們還發現宇宙的半徑為 10-10米在這關鍵時刻。當然,這聽起來很小,但還不夠小。
宇宙最初時刻的光回波仍以光的形式可見宇宙微波背景。奇怪的是,這種背景輻射今天看起來出奇的均勻。
使這一觀察難以接受。這種均勻性意味著輻射從宇宙的一個邊緣快速傳播到另一個邊緣,平衡了溫度波動。然而,空間膨脹得太快,光線無法跟上。
為了使這種平衡行為遙不可及,新生宇宙在關鍵時刻的半徑必須小一些。
這個微小的宇宙會以指數速度穿過幼兒期,在千分之幾秒內膨脹到一粒沙子大小。
這個故事完全符合我們所觀察到的情況,但其他關於宇宙沒有迅速破裂的解釋也是如此。
「在一些替代理論中,宇宙的大小會收縮。有些理論收縮得非常慢,而另一些理論則收縮得非常快。”says Harvard physicist Zhong-Zhi Xianyu。
“迄今為止,人們提出的測量屬性通常難以區分不同的理論,因為它們與原始宇宙大小的演化沒有直接關係。”
做過時間甚至存在之前?有沒有某種逆轉宇宙?每個人都歡迎他們所鍾愛的關於我們的宇宙如何形成的理論,但只有一個人可以成為贏家。
為了幫助決定哪些留下,哪些離開,研究人員建議使用可觀察的屬性,我們可以將這些屬性與基於通貨膨脹的模型的區分特徵聯繫起來。
挑戰在於知道如何將這些觀察結果解釋為一系列事件。我們需要的是某種標準化的宇宙時間戳記來梳理相關步驟,其中一些可能會完全排除通貨膨脹。
“如果我們想像迄今為止我們了解到的有關大爆炸之前發生的事情的所有信息都在一卷膠片幀中,那麼標準時鐘就會告訴我們如何播放這些幀,”CfA 的 Xingang Chen 表示。
研究小組提出了一種機制,透過這種機制,量子漲落可以暗示反映在巨大宇宙結構模式中的事件序列。
“這些信號非常難以察覺,”陳說。
「這輻射就是這樣一個地方,星系的分佈是另一個地方。我們已經開始尋找這些訊號,並且已經有一些有趣的候選訊號,但我們需要更多數據。
其他宇宙學家也建議在天空中的光和物質漩渦中尋找宇宙隱藏過去的線索。
有些指出可能前一個宇宙的黑洞留下的“傷痕”在我們的宇宙微波背景下。其他人預測我們可能會發現我們稱之為物理突破邊界的跡象大爆炸從未發生過。
有很多有趣的想法可以解釋我們的宇宙是如何演化的。現在我們只需要弄清楚哪些可以放入「好主意,可恥的事實」文件。
該研究已被接受發表物理評論快報。