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1700917512 同样地,他还会认为宇宙在接下来的时间里也是无限的。比如,如果他进行宇宙微波背景实验,拍下了他的宇宙只有40万年历史时的“婴儿照”,他所拍下的等离子体表面对应着图中质子和电子结合变成透明(不可见)氢原子的那个表面。你会发现,这也是一个无限的U字形,所以他将感觉到,40万年历史的宇宙也是无限的。他还会认为C和D是同时发生的,因为它们位于同一个U字形上,第一批星系正在其中孕育。每两条U字形之间,你都能塞下无数个U字形,所以,他感觉到有两个东西是无限的,一是宇宙的空间,二是未来的时间——尽管在外人看来,所有这一切都被灵巧地塞进了一个比原子还小的区域中。真相就是,内部的空间膨胀并不一定会增加它在外部世界所占据的空间——请记住,爱因斯坦允许空间拉伸,并从虚无中创生出更多的体积,而不用从其他地方抢夺而来。实际上,从外界看起来,这个无限的宇宙可能很像一个亚原子黑洞。阿兰·古斯和他的同事们甚至真的研究了这种可能性:在实验室里创造出一种东西,从外部看像个小黑洞,而从内部看则是一个无限的宇宙——至于是否真能做到这一点,人们尚没有定论。[10]
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1700917514 在本章开始时,我们由弗里德曼的经典大爆炸理论说起,因它无法解释一些基本问题而展开了对暴胀理论的探索。那么,现在让我们用暴胀理论来重新回答一下下面这几个问题。
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1700917516 问题12:是什么导致了大爆炸?
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1700917518 答:一团亚原子尺度的暴胀物质在尺度上的不断翻倍。
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1700917520 问题5:大爆炸是从某个单独的点开始发生的吗?
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1700917522 答:基本上算是。因为它发生于一个比原子还小的区域内。
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1700917524 问题4:大爆炸是从空间中的什么地方开始的?
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1700917526 答:在那个微小的区域内。但是,暴胀将它拉伸到一个葡萄柚般的大小,这个葡萄柚再飞速增长,直到比我们今天看到的整个可观测宇宙还大。
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1700917528 问题2:在有限的时间中,如何能创造出无限的空间?
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1700917530 答:永恒暴胀的过程中创造出了无限多的星系。根据广义相对论,栖身于这些星系中的观察者对时间和空间的区分有所不同。他们会觉得,早在暴胀刚结束的时候,空间就已经是无限的了。
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1700917532 简而言之,暴胀理论彻底改变了我们对宇宙起源的理解,用一个从虚无中创造出大爆炸的简单机制解释了弗里德曼大爆炸模型无法回答的艰深难题。除此之外,它还给予了我们更多馈赠:宇宙空间不仅是庞大的,它实际上是无限的,拥有无限多的星系、恒星和行星。然而,我们在下一章将看到,这仅仅只是冰山的一角。
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1700917538 穿越平行宇宙
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1700917540 ◆弗里德曼大爆炸模型对宇宙最早期的解释上存在严重的问题。
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1700917542 ◆暴胀理论解决了这些问题,还解释了大爆炸的起因。
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1700917544 ◆暴胀理论解释了为什么空间是平坦的,这也是我们以1%的误差测量出来的结果。
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1700917546 ◆暴胀理论还解释了为什么平均来看,遥远的宇宙在各个方向上都是相同的,不同区域之间的起伏只有0.002%。
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1700917548 ◆暴胀理论解释了0.002%的起伏来源于被暴胀从微观尺度拉伸到宏观尺度的量子涨落,涨落再被万有引力放大,最终形成今天的星系和宇宙大尺度结构。
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1700917550 ◆暴胀理论甚至还解释了获得2011年诺贝尔奖的宇宙加速膨胀理论,重启的暴胀就像慢动作,使得宇宙翻倍的时间并不是短于须臾之间,而是长达80亿年。
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1700917552 ◆暴胀理论认为,宇宙增长的过程与人类婴儿发育的过程很相似:先是一个加速增长的阶段,在其中,尺度按固定周期翻倍,接下来是一个更舒缓的减速增长阶段。
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1700917554 ◆大爆炸其实并不是宇宙的开端,而是一个结束,即我们这部分空间中的暴胀结束,而在其他地方,暴胀普遍会永远进行下去。
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1700917556 ◆暴胀理论预言,我们的宇宙不仅是庞大的,实际上是无限的,其中有无限多的星系、恒星和行星,而孕育它们的初始条件都来自最初的随机量子涨落。
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