讓我們更好地理解宇宙大爆炸_風聞
观察者网用户_244575-2019-11-26 10:21
原創:牧夫天文
作者:Don Lincoln
翻譯:毛明遠
校對:牧夫天文校對組
後期:庫特莉亞芙卡,李子琦
責任編輯:毛明遠
幾十年來,科學界已普遍接受了宇宙大爆炸理論,但是仍然有很多未知、爭論、未經證實的細節。近期一篇論文有助於探討解決大爆炸理論中一直困擾我們的問題。
Credit: Getty
一直以來,人們不懈地努力去探索宇宙的起源,這可以追溯到我們祖先關於創世的各種猜測。近幾十年,科學家研究出“宇宙大爆炸”這一模型,它描述了約140億年前宇宙的起源和演化。在這一理論下,宇宙起初是無法置信的緻密和熾熱狀態,它持續膨脹、膨脹…科學界已普遍接受這一理論,我們可以看到各種版本的科普書籍關於宇宙大爆炸的描述,但其實仍然有很多未解之謎和困擾科學家的問題。著名的美國物理學家和科普作家唐·林肯(Don Lincoln)認為近期發表的一篇論文有助於我們解決一些困擾我們的問題。
宇宙演化史
Credit: NICOLE RAGER FULLER / NATIONAL SCIENCE FOUNDATION
引言
其實,“宇宙大爆炸”對於尋常百姓來説很難理解,它不同於我們生活經驗中的常規物體膨脹,即使對於天文愛好者來説,也會是個挑戰。比如,宇宙大爆炸並不是確切的“宇宙伊始”;目前的宇宙大爆炸理論並不能描述大爆炸前是怎樣的?是什麼導致了宇宙大爆炸。即使是學識豐富的宇宙學家也不能精確描述大爆炸時發生了什麼。“宇宙大爆炸”理論更多地是在描述“之後的事情”。
緣起
“宇宙大爆炸”理論可以追溯到1931年比利時牧師和宇宙學家喬治·勒梅特(Georges
Lemaître),他提出了宇宙在膨脹,但無法解釋宇宙的均一性,科學界也並不把這一膨脹理論當回事。他的理論預測了我們可見宇宙的另一邊會是完全不同的,但觀測結果顯示了“均一性”。問題是宇宙膨脹下,很多地方的光線已無法到達我們,它們到底是什麼樣的我們已不得而知。
宇宙大爆炸有不同階段,科學家已推測出接近“伊始”的情況。
Credit: Getty
直到1981年,物理學家阿蘭·古斯(Alan Guth)認為在瞬間宇宙暴脹的速度超過光速,這可以解釋均一性。古斯的膨脹理論被稱為“宇宙暴脹理論”。
在宇宙暴脹理論中,大爆炸的10^-36到10^-32秒內,一種特殊的能量場主導着宇宙,它被稱為“暴脹場”。它和引力場相反,導致了宇宙的加速膨脹,在這一時間內增大10^26倍,也就是我們的可見宇宙從不到一個原子大小增大到葡萄大小。
在這之後,這種加速膨脹作用停止了,宇宙雖然在繼續膨脹,但在引力作用下速率減慢,這就是“宇宙大爆炸理論”的初期。科學家將它分為三個時期,分別是:創造形成 、暴脹期和最終的宇宙大爆炸。
宇宙微波背景輻射可以幫助科學家驗證暴脹理論。
Credit: ESA AND PLANCK COLLABORATION
未解之謎
目前已普遍接受了40年前提出的三階段理論,但疑問一直存在。比如,在暴脹時是低温狀態,也不存在粒子。而後的大爆炸中宇宙處於熾熱並充滿粒子的狀態,這些粒子又生成原子並構成常規物質。因此,需要解答如何從低温到熾熱,從空無到緻密。
近期發表的一篇論文提出一個很巧妙的觀點可能解決這一疑問。它提出:暴脹期間推動宇宙加速膨脹的能量轉化為熱能,雖然暴脹逐步停止,但孕育了後續熾熱的大爆炸物質生成階段。
雖然這僅僅是一個假説,但它確實巧妙地解釋了困惑人們多年的問題。論文同時強調了宇宙起源的複雜性,最終整個機制會遠超出我們想象的精巧!這就是宇宙的魅力!
『天文時刻』 牧夫出品
微信公眾號:astronomycn
歐空局火星快車號拍攝的火星地表
Credit: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)