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暴漲宇宙理論

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暴漲宇宙理論(inflationary-era theory):這是關於大爆炸宇宙理論初始態的理論,認為在最初的真空中有一種推動力推動宇宙以超光速膨脹。

1 暴漲宇宙理論 -簡介

暴漲宇宙理論(inflationary-era theory):這是關於大爆炸宇宙理論初始態的理論,認為在最初的真空中有一種推動力推動宇宙以超光速膨脹。

2 暴漲宇宙理論 -概述

有科學家認為,在宇宙形成初期經歷過一段暴漲期。對於宇宙的起源,仍然有很多問題:
第一.為什麼宇宙在大尺度如此的均勻?背景輻射的溫度也一樣?除非宇宙的不同區域剛好從同樣的溫度開始!
第二.又為什麼我宇宙會以如此接近臨界的速率膨脹?如果它在大爆炸后1秒鐘的時刻其膨脹速率只要小十億億分之一,那麼宇宙早以坍縮!
第三.宇宙非常光滑和規則,而從概率上來講,紊亂的和無規則宇宙的數量應該占絕對優勢,因為宇宙初始狀態的選擇是隨機的。為何恰巧遇到這樣渺茫的幾率呢?

3 暴漲宇宙理論 -解釋這種現象

為了解釋這些現象,麻省理工學院的學者阿倫·固斯提出了「暴漲宇宙模型」。他認為,早期的宇宙不是象現在這樣以遞減的速率膨脹,而是存在著一個快速膨脹的時期,宇宙的加速度膨脹使其半徑在遠遠小於1秒鐘的時間裡增大了100萬億億億(1的後面跟30個0)倍。
固斯認為,大爆炸的狀態是非常熱和相當紊亂的。這些高溫表明宇宙中的粒子具有極高的能量。在如此的高溫下,強相互作用力、弱相互作用力和電磁力都被統一成為一個力;當宇宙膨脹並變冷,力之間的對稱性由於粒子能量降低而被破壞,強力、弱力和電磁力變得彼此不同。這就好象液態水在各個方向上性質都相同,而結冰形成晶體后,就變成了各向異性,水的對稱性在低能態被破壞了。
當宇宙暴漲時,它所有的不規則性都被抹平,就如同吹漲一個氣球時,它上面的皺摺都被抹平一樣。
暴漲模型還能解釋為什麼宇宙中存在著這麼多物質。在量子理論里,粒子可以從「粒子——反粒子對」的形式從能量中創生出來。這些粒子和反粒子具有正能量,而這些粒子的質量產生的引力場具有負能量(因為靠得較近的物體比分開得較遠的物體能量低),宇宙的總 能量為零,這保證了能量守恆不被破壞。零的倍數仍然為零,在暴漲時期宇宙體積急劇加倍的過程中,可以製造粒子的總能量變得非常之大,以致於我們的宇宙現在大約擁有1億億億億億億億億億億(1後面跟80個零)個粒子。固斯是這樣形容這件事的:「宇宙是最徹底的免費午餐!」
而暴漲理論的本質是什麼呢?我們可以這樣來假設:在宇宙奇點坍縮至密度大到一定程度之後,由於其密度之大,已大到連「引力子」(一種傳播弱力的場粒子)也發射不出。一旦出現此種情況,由於原來物質之間愛著強大的引力束縛,引力一旦消失,其強大的斥力突然得不到平恆,因此便把裡面大量的物質給拋了出來。(這段是假設宇宙誕生的形式。)
假設哈勃定律是正確的,那麼就有:
V(t)=hS(t);dS(t)=V(t)dt=hS(t)dt,積分后可以得到S=S(0)eht(指數)。
其中:V是速度,S是距離,H是哈勃常數,T是時間。S(0)是初始距離。
很明顯初期宇宙是暴漲的,似乎有一個向外的力。
進一步可以得到A(加速度)=S(0)h*heht(ht是指數)。

4 暴漲宇宙理論 -理論的出現

「暴漲宇宙論」認為,「初期宇宙曾經發生過膨脹速度高到無法想象的超急劇膨脹」。
當然,地點不同,溫度會有所不同。但是如果只考慮初期宇宙中極小的一塊區域,則可以認為這個小區域具有均勻的溫度。如此小的一塊區域,在它還來不及非均勻化的一瞬間如果就急劇膨脹為很大的宇宙的話,那麼在這個宇宙中的溫度自然也就是基本均勻的。按照這種思路,那麼,在現在的宇宙中觀測到來自宇宙一切方向的背景輻射所對應的溫度基本一致,也就不足為怪。
宇宙初期的這種急劇膨脹就是「暴漲」。按照暴漲宇宙論,暴漲期的宇宙在10的幾十次方分之1秒的瞬間便增大了好幾十個數量級。這種暴漲的急劇程度,是暴漲結束以後宇宙繼續進行的那種膨脹的速度完全無法比擬的。就這樣,暴漲宇宙論解決了大爆炸模型遇到的這個難題。「暴漲」的想法也解決了大爆炸模型遇到的其他難題,這其中就有一個「磁單極子問題」。磁單極子是一種還沒有發現的據認為只有N極或者只有S極磁性的基本粒子。
我們知道,電有正電和負電之分,二者可以分離,但是,對於磁性,卻不能將N極和S極分離開來。一塊磁體,無論把它分割到多麼小,也總是同時具有N極和S極。
然而,根據基本粒子物理學的理論,在初期宇宙應該有大量的磁單極子。可是我們知道,現在的宇宙卻不存在大量磁單極子。這也是大爆炸模型無法說明的一個問題。
但是,如果初期宇宙發生過暴漲,那麼在現在的宇宙中,磁單極子的密度自然應該已經變得極其稀薄。在現在的宇宙中磁單極子的密度既然極其低,那麼觀測不到磁單極子也就是十分自然的事情。
是什麼導致了宇宙急劇膨脹?還沒有找到的暴漲子.
暴漲宇宙論解決了大爆炸模型解決不了的幾個難題,那麼,宇宙急劇膨脹的原因是什麼?作用在物體之間的萬有引力,是能夠導致宇宙收縮的「吸引力」。宇宙發生暴漲,則必須要有抗衡萬有引力的某種「排斥力」在發揮作用才有此可能。
其實,最早提到引起宇宙膨脹所必需的斥力的人是建立廣義相對論的愛因斯坦(1879~1955)。根據廣義相對論,可以把空間看作具有像橡膠那樣的伸縮性質。
愛因斯坦把廣義相對論應用到全部宇宙,他立即就得到一個令人吃驚的結果。理論預言,宇宙在遍布各處的星系的引力的作用下,應該收縮。
但是,愛因斯坦堅持的是「宇宙是靜態的,不應該收縮」的信念,於是他在1917年提出,「空間自身具有一種斥力效應,能夠抵消物質萬有引力的那種吸引效應。」他把空間具有的這種斥力叫做「宇宙斥力」,或者叫做「宇宙常數(宇宙項)」。所以有後者名稱,是因為在廣義相對論的方程中,宇宙斥力被表示為一個常數。
但是,哈勃的觀測揭示出宇宙其實是動態的,愛因斯坦發現自己錯了,於是收回了自己先前的看法。據傳,愛因斯坦曾說他的宇宙斥力概念是他「一生中最大的失敗」。
然而,暴漲宇宙論的出現,卻不得不考慮在初期宇宙存在著某種與宇宙斥力相類似的「東西」,正是那種東西的能量充滿了初期宇宙的真空。「真空」,按照字面意思是「什麼也沒有的空間」,說什麼「充滿了真空的東西」,聽起來自然是很怪的。根據現代物理學,去除了物質的空間,其中的確還剩下有某種不是物質的東西。
導致暴漲的那種「東西」究竟是什麼,現在還不清楚。
關於宇宙膨脹說
許多科學家認為宇宙是在不斷膨脹的,有現象表明宇宙的面積從誕生到現在已經擴大了近三分之一,這理論來自與行星與衛星之間的距離差。
但這一理論至今沒有被有力的證據證實,其最大的難題是宇宙要膨脹需要外層空間,那麼外層空間又是什麼呢?沒有人能解釋,所以這一理論被科學界定為有待發現的潛力學說。

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