大爆炸之前的宇宙竟不是奇點?科學家:是原初宇宙!

如果問20世紀以來,最重要的天文事件是什麼?那就是宇宙大爆炸理論的提出並深入人心。因此,一旦遇到宇宙大爆炸之前是什麼的問題,人們已經很習慣地說是“奇點”。但是,嚴謹的科學家的類似的問題的答案從來都是極其謹慎的。

大爆炸之前的宇宙竟不是奇點?科學家:是原初宇宙!

不少天體物理學家向來認為,宇宙在大爆炸之前就是奇點的說法是不完全正確的。而在宇宙演化很早的某個時刻偏離“奇點”這種簡化的推理或許更加符合自然演化的合理性。而偏離應該發生在奇點至大爆炸之間,而這個階段的宇宙被科學家稱之為“原初宇宙”。因此,當人們提到“大爆炸之前”的宇宙時,就是指原初宇宙。

大爆炸之前的宇宙竟不是奇點?科學家:是原初宇宙!

原初宇宙理論認為,在大爆炸之前,宇宙還曾經歷過一段極其短暫而瘋狂的快速膨脹,在僅僅只有千萬億億億億分之一秒的時間內,宇宙以指數速度膨脹了大約100億億億倍。由於驅動這段急速膨脹的能量巨大到無法衡量,時空自身必然猛烈發生量子漲落,這些量子漲落被飛速的膨脹迅速拉伸到很大的距離,最終成為宇宙在大尺度上不均勻性的種子,並在極致而來的大爆炸發生時,將宇宙大尺度上的不均勻性進一步放大。

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科學家認為,在原初宇宙階段,這些猛烈漲落的量子,其中尤以重子粒子為代表的這部分量子,恰恰成為今天科學家尋覓原初宇宙狀貌的重要線索。哈佛大學的鮮于中之教授、陳新剛教授以及香港科技大學的王一教授,他們共同提出了“

原初標準時鍾

”的理論,並以此為途徑去探尋原初宇宙的情形。

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科學家告訴我們,凡是有固定節律的振動波的量子,都可以像鐘擺一樣,用來計時。在原初宇宙中,攜帶質量的粒子在一瞬間被大量製造出來,從而開始了它們各自物質波的振動形式。這樣的振動透過原初宇宙時空的劇烈漲落,從而在宇宙大尺度不均勻性上留下了痕跡。

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恰巧,物理學家不久前貢獻了一個重要發現:重粒子作為標準時鐘的新成員,在今天宇宙的大尺度不均勻性中留下了明顯的痕跡。哈佛大學的鮮于中之、陳新剛教授以及香港科技大學的王一教授共同認為,原初宇宙中重粒子的量子漲落足以對時空自身的擾動產生影響。在研究中,他們還發現,不僅現今宇宙大尺度不均勻性的三點關聯函式(也稱為非高斯性)有可能攜帶標準時鐘的資訊,甚至重粒子還將透過一種不同的方式影響大尺度不均勻性的兩點關聯函式(也稱為功率譜)。而實際觀測中,測量功率譜遠比非高斯性容易。這樣通往原初宇宙的路徑被徹底打通,科學家正在透過這一路徑,去尋找原初宇宙以及它的各種物理樣貌。

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