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可能是时空——宇宙本身——成长得比光速还快,在过去的某个阶段。
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这就是你逆着时间回溯到热大爆炸发生之前时所看到的现象,就在你进入那个被称为“暴胀期”的时候,在那时,宇宙中充满了暴胀场。
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早期宇宙有一个暴胀时期的想法被以现代的形式提出是在二十世纪八十年代。提出这一观点的是美国理论物理学家阿兰·古斯(Alan Guth),俄罗斯宇宙学家阿列克谢·斯塔罗宾斯基(Alexei Starobinsky)及美籍俄裔理论物理学家安德烈·林德(Andrei Linde)。其基本想法是,很久以前,甚至物质、光和其他我们所知道的所有东西都尚未形成时,在可见宇宙之外,大爆炸之前,存在着一种场,充满了整个宇宙,带着互相排斥与引力相反的作用力。那个场非常强大,它引发了一段极为剧烈的膨胀期,那次膨胀将早期宇宙的不同部分以远远高于光速的速度炸开,所以今天看起来距离非常遥远,过去绝对不应该有接触的地方,实际上曾经紧贴在一起。
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这就是暴胀场的来源。
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但这是真的吗?我们能够像在所有其他量子场的例子中那样,探测到它的基本粒子吗?
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如果它真的出现过,那么它的大多数粒子很早之前就已消失了(用来引发大爆炸),但它不应该完全消失。无论如何,暴胀场应该依然存在,充满了整个宇宙,以自己最低的能量态——真空状态——蛰伏着,没有足够的能量,它不会被激发到足以产生并向我们展示它的粒子的高度。
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暴胀子是我们给这种粒子起的名字,不过至今尚未被发现。尽管如此,许多科学家们相信某种暴胀现象以及它们所对应的暴胀场与曾经发生过的历史非常接近,也因为我个人很喜欢这个想法,就让我们认真考虑一下这个想法吧,并且看看如果这的确是真的,那么包含这种场的宇宙应该是个什么样子。
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首先,暴胀场非常擅长于将我们可见宇宙的不同部分以非常快的速度相互分开,它们从此就再也没有互相接触——而且很可能将来也不会——虽然在过去它们曾经接触过。
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然后发生了大爆炸,它带来的所有新的场、粒子和作用力携带者都在正在消退的暴胀场中产生,而暴胀场则慢慢沉寂下来。
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我们宇宙的膨胀开始了。正常速度的膨胀,而不是超级快的那种暴胀。
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暴胀场并未完全消失,引发大爆炸耗尽了它所含的太多能量,它已无法再对所有东西产生任何影响,直到……八十亿年之后。
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大爆炸之后八十亿年,我们宇宙稳定膨胀之后八十亿年,暴胀场所产生的物质已经足够稀释,沉寂中的暴胀场再次醒来,带来了极大的效应:它对抗引力的作用引发了宇宙膨胀的加速。
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一九九八年对于这种加速的实验验证让波尔马特、施密特与里斯获得了二〇一一年度的诺贝尔物理学奖。
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当然,对于在大爆炸前的暴胀期将宇宙中的一切炸开时,暴胀场对我们宇宙现在行为的影响完全无法与之相比。但依然,它或许还是影响了等在我们未来的现实。
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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。
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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?
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难以置信地,答案是肯定的。
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极简宇宙史 第2章 许多大爆炸
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前些日子,你做过一个关于猫的实验。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。
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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。
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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。
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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。
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