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最新模型表明宇宙並非出生於大爆炸

新科學家報導,由於一股神秘的推力,我們的宇宙產生於垂死的宇宙灰燼,支持這一觀點的最新模型表明宇宙並非出生於大爆炸,而是源於一股反彈力。此外,這項理論還拋棄了最流行的觀點,也即嬰兒宇宙在所謂的膨脹期內體積快速的激增。

宇宙裡最早放射出的光,宇宙微波背景輻射(CMB)追溯到宇宙出生後38萬年。奇怪的是,我們所觀察到的各處的CMB幾乎是統一的,如果宇宙從單一爆發緩慢增長的話,結果就不應該是這樣。天空的遙遠地區將因沒有相互接觸而以不同速率發展。

對此,最廣泛接受的解釋是,宇宙在大爆炸幾分之一秒的時間內經歷了一個所謂的快速膨脹期。這種膨脹導致了宇宙的均勻度,因為現在觀測到的各個相似的地區最初就相互接觸了,隨後在一瞬間分離。早期宇宙的量子波動播種了例如星系等宇宙大型結構。

儘管這一理論非常流行,但它其中存在少數漏洞。例如,沒有人知道什麼導致宇宙膨脹。有些版本的理論預測不同地區以不同速率膨脹,從而導致無限個泡沫宇宙共存。

膨脹理論更類似於一項解釋,而非宇宙的預測模型,美國普林斯頓大學的保羅·斯泰恩哈特(Paul Steinhardt)這樣說道。在過去的十多年間,他和他的同事提倡了循環宇宙作為替代理論。在他們的理論中,一個之前存在的舊宇宙經歷了緩慢收縮、壓縮時空的階段。然後,某種原因導致該過程逆轉,宇宙再次膨脹從而創造了一個新宇宙。

壓縮在無需引入膨脹概念的前提下解釋了宇宙的平滑性,因為壓縮階段產生的高壓會消除大多數「皺紋」。然而,微小的量子波動將從之前的舊宇宙轉移至新宇宙,從而提供大型結構產生的種子。

之前的研究顯示這些「之前」和「之後」的宇宙情景從數學角度是說的通的。但沒有人確定在反彈過程中究竟發生了什麼。有點模型要求宇宙在反彈前必須壓縮到一個奇點,同時還需要一些我們沒有的東西——一套完整的量子引力理論——來描述它。

現在,斯泰恩哈特和他的同事建立了一個新模型,在宇宙坍塌至一個點前,一種帶負壓力的未知的場將一切向外猛推。研究小組利用了「幽靈」場——一種物理學上不現實但是數學角度上非常簡單的帶負動能的場——來指代這一未知場。

「設計一個更加現實的能量源並不會改變結果,但它將要求更加複雜的方程式,這將減慢仿真的速度,」 斯泰恩哈特說道。幽靈場非常弱以至於幾乎可以被忽略,除了在反彈階段——也即宇宙非常小非常密集的階段。利用幽靈方程式,描述廣義相對論下時空的計算工具顯示垂死宇宙的微小波動的確能夠轉移到新生的宇宙裡。

「保羅的文章顯示了一切進行的非常完美,」美國賓夕法尼亞州費城賓夕法尼亞大學的伯特·歐洛特(Burt Ovrut)這樣說道。「這意味著膨脹理論的替代理論存在且有一定的道理。」

斯泰恩哈特承認反彈模型具有自身的缺陷。例如,幽靈場只是一個佔位,真正推動宇宙的神秘推力的本質仍然是未知數,正如驅動宇宙膨脹的背後力量一樣。對CMB細節地圖的進一步仔細檢查將幫助確定哪個模型更具有說服力,CMB地圖是由歐洲航天局普朗克衛星繪製的。例如,只有膨脹的快速向外推力可能產生時空裡的漣漪,也就是所謂的原始的引力波,科學家們正努力的在CMB裡尋找它們的蹤跡。

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