宇宙起源——暴胀理论

静静的读你

物理定律通常描述系统如何由某个初态演化而来。但是解释宇宙起源的理论却十分诡异：它必须自己对初态做出解释。如果说普通物理定律就像地图那样，告诉你如何从A走到B，那么描述宇宙起源的理论还必须解释你为什么要从A出发。

通常认为，我们生活的宇宙起源于一场“大爆炸”。近一个世纪以来，宇宙学家都在研究这次大爆炸的“遗产”：宇宙如何扩张并迅速冷却下来，以及星系如何在引力作用下聚集起来。然而直到近几年，大爆炸的本质才真正得到关注。艾伦·古斯、安德烈·林德等学者在20世纪80年代早期提出了暴胀理论，让人们对宇宙的理解和认识发生了翻天覆地的变化。

暴胀理论

暴胀学说认为，我们的宇宙在婴儿期经历过一段无比快速的膨胀过程。在不到1秒钟内，亚原子粒子大小的空间就迅猛地膨胀到惊人大的尺度——甚至比今天看到的可观测宇宙还要大得多。暴胀结束之时，驱动宇宙膨胀的能量点燃了由粒子和辐射组成的火球，弥漫在整个宇宙空间中，这就是我们熟悉的大爆炸过程。

在这个理论中，暴胀的终结由量子概率事件引发，因此宇宙所有区域中的暴胀并不会同时结束。在我们存在的宇宙区域中，暴胀大约实在138亿年前结束。但在其他遥远的区域，暴胀可能仍在持续进行当中。

和我们现在的情形类似，某些“常规”区域也可能在不断地形成，这些新区域刚出现时，就像微小的泡泡，但紧接着就迅速生长起来，不受边界的限制。与此同时，暴胀过程让它们彼此分离，为新泡泡提供空间。这一永不停止的宇宙学过程被成为“永恒暴胀”。我们就生活在其中一个宇宙泡泡当中，并且只能观察其中的一小部分区域，也就是我们熟知的可观测宇宙。无论我们航行多快，也无法追赶上宇宙泡泡扩张的边界。

暴胀理论能够解释大爆炸假说一些非常奇怪的性质。而在以前，这些性质都还只是假设。另外，暴胀理论作出了一系列可以被验证的预言，并成功地被观测证实了。所以，暴胀理论已成为今天宇宙学研究领域的典范。

理论的提出

一个新理论的诞生总是不平凡的，即使这个理论并非正确，也能在科学界占有一席之地并维持一段时间。1983年，加利福尼亚大学圣芭芭拉分校的哈特和剑桥大学的史蒂芬霍金将量子理论运用到整个宇宙。他们类比原子和基本粒子的波函数（量子力学中描写微观系统状态的函数），写出了宇宙的波函数。这个波函数决定了宇宙的初始条件。

在这种方法中，传统的区分过去和未来的方法被打破。1998年，史蒂芬霍金及同事图罗克提出，泡泡宇宙可能从一无所有中自发产生。这种新的开放暴胀理论中不再需要伪真空衰变。维连金和斯坦福大学的林德对此表示怀疑，他们的计算结果并不支持这一可能性。

林德猜测，暴胀很有可能没有起点，并试图以此来绕过初始条件问题。在经典图像当中，暴胀滚落到势能最低点时，暴胀就结束了。但是由于量子涨落效应，暴胀不仅能够向下滚，还能想上滚，也就是说，势能既可以下降有可以上升。因此，宇宙中有些区域仍然在发生着暴胀。但维连金和同事伯德认为，这并不能完整地描述宇宙的起源。虽然暴胀是可以永恒的，但它终归是要一个起点。

宇宙暴胀

1999年，普林斯顿大学的戈特和北大天文系教授李立新两位科学家提出，宇宙可能陷入在循环状态中，就像一位时空旅行者回到过去，成了自己的母亲那样。那么，这位旅行者就没有家谱，人们也无法说明她来自何方。根据他们的猜想，我们所在的泡泡宇宙脱离了这个循环，只是一直膨胀、冷却下去。

遗憾的是，天文学家可能很难检验这些猜想。暴胀几乎抹匀了与宇宙身世有关的可观测痕迹。许多物理学家推测，要深入理解暴胀前的宇宙及其物理规律，我们还要等待一个真正基本的理论，或许是弦论，又或许是其他理论。

大爆炸

宇宙产生困扰了人们多年，相信未来一定有更完善的理论来解释它。

读完本文，你是否对宇宙起源有了一定的了解？持续关注小编，更多精彩内容会不断更新哦！


本文选自：今日头条

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