暗物质早于“大爆炸”，违反直觉吗？我们应该怎样理解

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我们知道宇宙学标准模型也就是所谓的大爆炸理论，有两块缺失的地方，第一个就是“大爆炸”之前发生了什么？其次就是星系、星系团大尺度结构形成的问题。

这两个问题是大爆炸模型解决不了的，于是就有了我们熟知的宇宙暴涨理论（对第一个问题做出解释）和暗物质问题（解决第二个问题）！至此，大爆炸＋暴涨+暗物质才初步给出了我们宇宙演化的基本图景！

根据目前的估计表明，暗物质目前占已知宇宙物质的85%，占宇宙总质能得23%，而我们正常物质才占了区区4.6%。尽管这么巨量的物质，科学家们实际上并不知道它是什么。因此，这在我们对宇宙的认识上留下了一个巨大的缺口，使暗物质成为科学界最大的谜团之一。

所以目前对这一主题的研究成为科学界和普通读者的热门话题，同样，关于宇宙的起源和所谓的“大爆炸”我们都会问一个基本问题:“为什么存在这一切，而不是什么都没有?”所以我们就需要一个既能解释“大爆炸”又能解释暗物质问题的新理论模型！

暗物质出现在“大爆炸”之前

由约翰·霍普金斯大学的物理学和天文学博士后托米·腾卡能领导的团队，发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters D)杂志上的一项研究似乎表明：暗物质比大爆炸更古老，换句话说，暗物质存在于大爆炸之前？。

比“大爆炸”还古老？这句话很容易让人产生困惑和误解，因为很多人经常把“大爆炸”解释为宇宙的起源。

举个例子，英国《每日快报》是如何报道这项研究的:“现在，一项突破性的研究揭示了暗物质可能比我们最初想象的还要奇怪，因为它的起源实际上可能早于宇宙的起源——大爆炸。”

这样的解释无疑是给暗物质再一次披上了神秘的外衣，所以我们怎样理解这句话？首先我们要理解的是：宇宙的起源并不是宇宙学家所说的“大爆炸”，而“大爆炸”只是描述了宇宙起源的一个阶段！

除了这条看似违反直觉的信息，这项研究还提出了：关于暗物质是如何形成的以及天文学家如何在未来识别暗物质的新观点。

该研究的作者腾卡能（Tenkanen）解释说:“这项研究也揭示了粒子物理学和天文学之间的一种新的联系，如果暗物质是由大爆炸前诞生的新粒子组成，那么在大爆炸阶段暗物质将会以一种独特的方式影响星系在天空中的分布方式。”

这项研究除了揭示暗物质的本质以外，暗物质和早期宇宙的联系可能会给我们提供大爆炸之前的更多线索，这才是这项研究的重要部分。那么暗物质出现在“大爆炸”之前为什么会让我们产生疑惑呢？

所以我们必须了解“大爆炸之前”这个短语到底是什么意思。

“大爆炸”——不是大爆炸，不是“嘭”，不是“爆炸”，也不是开始

我们第一次看见“大爆炸”这个词什么想法，想到了什么？对！就是它的字面意思，有种过年放炮的感觉！但它并不是指宇宙的起源。

“大爆炸”一词是英国天文学家弗雷德?霍伊尔以贬义的方式创造的，因为他拒绝接受这一理论。事实上，当宇宙学家和其他科学家使用“大爆炸”一词时，所说的意思是宇宙早期发生的一段快速膨胀时期，并没有什么东西真的爆炸了！

除此之外，大爆炸不是任何一种描述的“爆炸”，它而更像是气球的快速膨胀。

宇宙学家所说的大爆炸只是宇宙起源的一个时期和阶段，这时的宇宙是一锅由正常物质、暗物质、反物质、光子、中微子等等组成的物质浓汤，称为热大爆炸。

那么这一切是怎么来的？

宇宙微波背景辐射，这块宇宙进化早期的“化石”为研究人员提供了有关早期宇宙状态的信息。

宇宙微波背景辐射的光诞生于宇宙早期38万年的时候，通过我们对微波辐射温度波动的观察，我们发现宇宙空间各处的温度都在2.725开尔文，两个部分的最高温度差不到几十万分之一，这一点就是我们常说的宇宙各处同性，你不管往哪个方向看宇宙都变现的如此均匀。这一点很奇怪吗？

是的！你想一下目前我们的宇宙可观测半径460亿光年，各个方向上从来没有任何的联系，温度为何如此一致？存在大的波动才符合常理！

还有宇宙目前的空间曲率问题，科学家设想宇宙的空间曲率有三种可能：平坦、球形封闭、开放型。

根据观察我们的宇宙非常非常平坦，但是根据宇宙各个历史时期能量密度的膨胀率来看，我们的宇宙不应该呈现出如此平滑的状态，要么就是在大爆炸时期宇宙就就已经是平的了。这一点也很违背常理！

为了解决以上问题，美国理论物理学家就提出了宇宙暴涨理论，作为大爆炸模型的补充，暴涨模型指出，在热大爆炸形成之前，宇宙就已经在各个不同的微小区域发生了暴涨，以指数膨胀的方式暴涨出了多个宇宙！

而小区域的快速暴涨，也解决了空间各向同性和空间曲率问题，宇宙小区域的暴涨也创造了一个充满真空势能的宇宙，在暴涨结束后，宇宙就开始了热大爆炸阶段，此时的宇宙有由于快速的暴涨温度已经比初始状态降低了100,000倍，而随着大爆炸的开始，宇宙进入了“在加热阶段”，真空势能衰变到物种中，于是就诞生了宇宙大爆炸！

一般认为暴涨阶段发生在宇宙的10^-36秒，而这一切结束后的10^33秒大爆炸的炽热、稠密的物质状态才开始！

所以这就是暗物质出现在大爆炸之前的意思，考虑下以上的观点，这句话其实并不违反直觉！

新研究改变了目前对暗物质的预期

虽然对暗物质的新研究没有给出关于宇宙起源让人振奋的结果，但提出了新的思考暗物质的方法，以及暗物质出现的时代。

目前有关暗物质起源的理论表明，暗物质可能是大爆炸时期遗留下来的物质，但是根据这一时间点，在以往有关暗物质的实验研究中并没有取得任何进展

腾卡能（Tenkanen）说:“大多数关于暗物质的性质和起源的模型都假设暗物质由新的基本粒子组成，这些基本粒子是大爆炸中“热粒子汤”的残余。如果暗物质确实是大爆炸的残余，那么研究人员应该已经在粒子物理实验中看到了暗物质的直接信号。”

腾卡能Tenkanen认为：宇宙在暴涨期间就已经产生了足够多的标量粒子，它们可以构成暗物质，而且暗物质在宇宙大爆炸时期就留下了独特的印记，具体来说，就是星系和星系团的分布。”

这些研究和看法都构成了对暗物质的全面反思，该研究仍然认为暗物质是由粒子组成的，但它提出了一个新的暗物质模型，以及暗物质出现的不同时间点！

总结

在宇宙暴涨的早期阶段，由于快速的增长作用，暴涨抹去了宇宙起源的一切信息，那是宇宙中最神秘，最不为人知的一个时期！但是科学仍然相信在宇宙的极端情况下，诞生了很多的奇异遗迹，例如：神秘的磁单极子！所以暗物质这种奇异粒子也包括在其中，并不奇怪。


本文选自：今日头条