宇宙现在的分布模式 类似暗能量在推动

UFO中文网

对于宇宙的起源，我们仍然有很多问题：

为什么宇宙在大尺度如此的均匀？

　　背景辐射的温度也一样？除非宇宙的不同区域刚好从同样的温度开始！

为什么宇宙会以如此接近临界的速率膨胀？

　　如果它在大爆炸后1秒钟的时刻其膨胀速率只要小十亿亿分之一，那么我们的宇宙早已坍缩！

我们的宇宙非常光滑和规则？

　　而从概率上来讲，紊乱的和无规则宇宙的数量应该占绝对优势，因为宇宙初始状态的选择是随机的，我们为何恰巧遇到这样渺茫的几率呢？

关于这个问题，要先说明，大暴涨是为了解释宇宙的广袤而各向同性的矛盾而提出的理论，也就是说就像巴尔末线一样，最初是没有理论支持的，只是为了解释现象而提出来的，所以一开始遭到了非常多的置疑和嘲笑，不过现在看来，很多疑问都能用这个理论解释，学界终于注意，重视这个理论了。
那么暴涨的原因是什么呢？可以说公说公有理，婆说婆有理。膜理论说是两张宇宙膜的碰撞，点燃了宇宙最初的奇点，这个貌似是接受地最多地学说，不过还是没有广泛接受，可以说，对这个问题，学界还是在热烈地讨论中。
我接触到地最新地一个说法是“旋转说”，里面用到了比较难的高维几何。我简单说一下吧，宇宙在时空轴上像是一个漏斗，而且在奇点处是无穷远（曲率无穷大）如果没有旋转，那么就会直直的掉进去，但是只要有一点点旋转，就会转出来（这里面不是用简单的力学就能解释的，我就不细说了）在三维空间里的投影，就是暴缩－暴涨，这个理论其实是一个循环理论，就是说一个宇宙在经历了暴缩到很小的一个体积（不一定是奇点）后再诞生一个新的宇宙。这个理论能解释以前所无法解释的一些问题，不过还是一个比较新的理论。

科学家提出的“暴涨宇宙”模型

　　据国外媒体报道，近日美国麻省理工学院的宇宙理论学家马克斯·特格马克(Max Tegmark)通过暴涨理论揭示了宇宙起源时期所发生的事件。宇宙暴涨(Cosmic inflation)认为在大爆炸发生后的极早期宇宙时期发生了难以置信的暴涨事件，在负压真空能的驱动下，时空迅速膨胀，扩展速度甚至超过了光速。如果没有暴涨时期存在，那么我们今天的宇宙将是炙热、密度极高的“汤”并不断演化而冷却下来。
　　但是诸如宇宙理论学家马克斯·特格马克这样的研究人员不止一次提出宇宙暴涨时期持续的时间是否超出了它应有的范围。这项研究议题之所以吸引人，可能是由于其将导致一些令科学家们惊讶的结果，直接动摇了我们目前对整个宇宙的了解，其中包括被认为是今天宇宙开端的“创世大爆炸”，那么为什么样的“爆炸”才可被认为是宇宙大爆炸呢?

弦理论对膨胀宇宙模型的解释

弦理论（string theory），即弦论，是理论物理学上的一门学说。弦论的一个基本观点就是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈（称为闭合弦或闭弦），闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。尽管弦论中的弦尺度非常小，但操控它们性质的基本原理预言，存在着几种尺度较大的薄膜状物体，后者被简称为"膜".直观的说，我们所处的宇宙空间也许就是九维空间中的三维膜。弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论

　　当前宇宙学中的暴涨理论在上个世纪八十年代被提出，一位名叫阿兰·哈维·古斯(Alan Harvey Guth)的年轻博士后研究人员在康奈尔大学提出，认为宇宙在极早期经历了一个十分短暂的加速膨胀过程。通过对宇宙微波背景辐射的研究，其结果却让宇宙大爆炸理论的支持者们感到不安。
　　由贝尔实验室的科学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现的充满宇宙空间的微波背景辐射被认为是宇宙大爆炸的痕迹。在大爆炸发生后的38万年，宇宙从一个令人难以想象的、具有极端密度和温度的“奇点”逐渐扩大并冷却，温度环境适合第一批原子的形成。在大约140亿年之后，这些大爆炸残留的温度依然存在于宇宙空间中，其数值为2.725开尔文，并且在宇宙中几乎均匀地分布着。

大爆炸与今天的宇宙

宇宙微波背景辐射（又称3K背景辐射）是一种充满整个宇宙的电磁辐射。特征和绝对温标2.725K的黑体辐射相同。频率属于微波范围。宇宙微波背景辐射产生于大爆炸后的三十万年.大爆炸宇宙学说认为，凞发生大爆炸时，凋宇宙的温度是极高的，刃之后慢慢降温，刚到现在约150亿年后大约还残留着3K左右的热辐射。

　　对宇宙微波背景辐射与大爆炸之间关联的发现中却隐藏着另一些神秘的问题。其中之一便是你可以在某个方向测量100亿光年的宇宙辐射背景，在另一个方向上再测量100亿光年的背景值，就会发现它们似乎遵守着奇怪的均匀性法则。但是，如果仅仅是一个简单的大爆炸诞生的宇宙，似乎没有足够的空间和时间来降低宇宙中的温度，也暗示着按这样方式演化的宇宙是一个高度不可能的巧合事件。
　　然而，宇宙几何轮廓是怎样的呢?宇宙背景的信息编码结果认为时空是“平坦”的，但是欧几里得几何告诉我们平行线是不可能相交的，因此宇宙不是“平坦”的时空，以此让我们了解到引力极其扭曲时空的想法，而且一次“简单的大爆炸”并不能解释这个问题。

膨胀宇宙演化的可能模型

　　当前的宇宙学认为大爆炸产生了时间的开端，因此存在一个暴涨的量子场。在宇宙经历第一次暴涨阶段时，所有的存在的东西都是不平等的，随机性的量子波动作为能量提供方式的一种仅仅暴涨过程中起到作用，随着宇宙逐渐进入真正的真空状态，并在周围时空中产生了一种被称为万有引力的基本作用力。随着时间进一步延后，时空快速膨胀的速度将超过光速。
　　虽然爱因斯坦的相对论中禁止了任何物体可以进行超光速的运动，但是对于时空本身而言却不受限制。当宇宙暴涨逐渐收尾时，获得的动能促进了物质和辐射的产生，接着便是恒星、行星最终出现了我们。这一切发生得比眨眼睛还要迅速，仅仅在大爆炸之后的10-33便结束了。

暴涨时期微小的量子波动形成今天看到的星系

　　科学家们通过暴涨来解释宇宙大爆炸之后时空性质被抹平的现象，暴涨使得宇宙变得如此之大，以至于任何测量都认为它看上去是平整的。虽然暴涨时期宇宙中极小的时空迅速变成需要用天文数字进行理解的时空尺度，但该过程中产生很小的量子波动，随着暴涨的发生，这些波动可被放大，其所产生的结果便是我们今天所看到的星系群。
　　科学家们推测，在其他的宇宙中可能也会出现类似的事件，一旦宇宙进入暴涨时期，那么它几乎不可能停止。量子波动可以确保暴涨的区域在不同时空区域具有不同的能量，这就如同一座山脉中有很多小山峰一样。在其他微宇宙中，由于没有别的因素可以影响它们的暴涨速度，使得它们整体运动可超过光速，这些迷你小宇宙最终就完全脱离了出去。

“引力探测B”卫星处于地球周围扭曲的时空中

　　在一个单一的宇宙中，基本的物理学理论可以为宇宙的平坦时空提供预测，或者对暗能量的探索可以推测这个神秘的物质似乎可以加速宇宙的膨胀。对于我们这个“无限”的宇宙而言，不存在明确的预测，任何问题都可归结为概率问题。起初，宇宙学家们希望通过在一些特殊时间下获得多元宇宙的证据，而后推出各种各样的可能性理论，但是爱因斯坦并不认同这样做法。
　　爱因斯坦的相对论认为宇宙中没有单一的时钟，而是存在无穷多种方式去获得宇宙动态的瞬间，并赋予每一种状态以不同的概率。根据普林斯顿大学科学家保罗·斯坦哈特(Paul Steinhardt)介绍：“我们通常认为爆炸可预测出一个光滑、平整的宇宙，与此相反，暴涨可预测出无限次数背后的每一种可能。”对此，宇宙理论学家马克斯·特格马克认为暴涨摧毁了宇宙本身，从逻辑上将这是一种自我摧毁。

不同时期科学家探测的宇宙微波背景辐射图像

　　根据位于帕萨迪纳市的加州理工学院宇宙学家肖恩·卡罗尔(Sean Carroll)介绍：“暴涨模型目前仍然是主流解释，但我们目前却对该理论存在疑虑，最主要的是我们不知道暴涨的区域在哪儿，以及为什么会出现假真空状态，这些能量又是从何而来的呢。”
　　早在2001年，科学家斯坦哈特(Steinhardt)首次提出了替代方法，并与他的同事贾斯汀库利(Justin Khoury)等认为我们需要重新审视宇宙大爆炸的解释。它们的灵感来自弦理论，这是一种最广泛的方法可以接近爱因斯坦的广义相对论，而后者是目前描述空间和时间的最佳理论。如果能与量子力学很好地接洽，那么该理论将能说明宇宙一切事件。

科学家设想的多元宇宙与黑洞间存在的联系

　　弦理论认为宇宙中小至各种微粒都是有极小的“弦”能量构成，并预测了我们目前所知的四维时空以外的纬度。通过弦理论的思考，斯坦哈特认为每隔数万亿年的时间，或者我们宇宙附近的多元宇宙时空在弦膜上发生接触，导致了以爆炸方式进行的能量交换，并作为第五维度消失在一个奇点上，接着再次多元宇宙再次出现分离。在弦理论中的4D膜上接受了大量的多元宇宙的碰撞能量，宇宙与宇宙之间发生的冲突性碰撞事件正是我们所寻找的“大爆炸”。
　　科学家们认为多元宇宙间的接触可能导致了周期性的大爆炸事件发生，科学家斯坦哈特希望在广义相对论和量子力学中寻找能解释统一大爆炸模型的理论。但是这样的理论并不是取代暴涨理论，而会与其他理论接洽得更好。