所以,文章完……?
科学家当然不会甘心就这么结束,所以一个跳过奇点的宇宙大爆炸补丁——暴胀理论诞生了。
暴胀宇宙论为何而生
当然上面只是我的戏剧性演绎,暴胀理论其实并不是单纯为了解决奇点不可推论问题诞生的,它主要是为了解决视界疑难和平坦性问题提出的。
所谓视界疑难此指在可观测宇宙各个方向,温度极度均匀。要知道,在两个相反的方向上的可观测宇宙边缘,这两个区域从宇宙大爆炸开始,就从来没有过任何的相互作用,换句话说,它们从来没有热交换,那为什么温度会如此一致?
平坦性问题是指宇宙的时空几何几乎是平坦的,也就是宇宙整体上近似一个平坦的时空。按照广义相对论,这需要宇宙的平均密度非常接近临界密度,(数学上表示为Ω=1)
暴胀理论不再需要一个宇宙学奇点,或者说它回避了奇点。它从宇宙诞生后的 1 普朗克时间 10 ^-43 秒、宇宙尺度 1 普朗克长度 10^-36 米开始的,在此之前需要量子引力理论描述,而现在还没有这个理论……
暴胀宇宙论里,故事是这样的……
在宇宙诞生后的 10^-43 秒(普朗克时间),在暴胀场的驱动下,时空产生急剧的膨胀,在 10^-36 秒 -10^-32 秒内宇宙急剧膨胀了至少 10^26 倍!急剧的膨胀抹平了所有时空曲率和不均匀性。
其间的真空量子涨落导致暴胀场的场值相对于平均值产生微小的偏离,这些微小尺度的量子涨落波长被指数级的膨胀拉大到超过当时的可观测宇宙半径,因果联系随之中断,这些量子涨落产生的微小偏离就被冻结下来,成为时空中的密度扰动,这些密度扰动导致了时空中的能量密度存在微小的不均匀,这正是日后天体和星系形成的种子。而这一切都发生在暴胀阶段。
暴胀期结束后,暴胀场在低势能状态下高速振荡,振荡从各种量子场中激发大量日后形成宇宙物质的极高能量的各种基本粒子,宇宙再次进入高温状态。随着暴胀场振荡的结束和宇宙持续地膨胀,温度持续下降,原子核形成;温度继续持续下降,中性原子形成;高温辐射开始畅行于宇宙,形成了今天所说的宇宙背景辐射。
到此宇宙能量形成过程的暴胀理论版结束。
能量到底从何而来?
说了那么多,宇宙的能量是怎么来的?是来自暴胀场?还是来自量子涨落?如果你认真看到现在,就会知道答案:来自暴胀场!那么问题又来了?暴胀场的能量又来自哪里?
暴胀理论其实无法回答,因为这要追溯到暴胀发生前,也就是宇宙诞生后小于10^-43秒前那个暴胀的“种子”是哪来的。这方面有一些假说,比如量子隧穿直接从“虚空”中产生了暴胀场,但这些假设其实没有什么根据,因为现有量子理论在小于10^-43秒(普朗克时间)内是无能为力的,那需要等待量子引力理论才能回答。
所以我们最终还是无法回答这个问题——宇宙中的能量到底从何而来?探寻还没有结束……
预告——一次关于宇宙总能量是否为0的漫长讨论
理论认为,宇宙的能量是无中生有,又有等于无,原因是物质能量产生了引力,而引力是负能量,最终总能量严格为0,这是广义相对论方程给出的结论。但我怀疑这种说法,所以跟DS进行了一次漫长的辩论,稍后整理出来,有兴趣或有同样疑问的请继续关注随后的更新。
我是星宇飘零,关^_^注我,和你分享更多有趣科学知识。
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