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宇宙诞生新学说 源自空间量子波动如沸水中气泡

http://www.kexue.com 2013-09-23 09:27:00 凤凰科技  发表评论


虚拟空间气泡

里德尔和同事显示了当气泡宇宙发生膨胀时,它在时空里会自然产生一个较大的干扰

  宇宙是从一个更大的虚拟空间里以时空气泡的形式出生,这暗示着目前最好的婴儿宇宙地图里存在很多小的异常情况。目前广泛接受的宇宙起源理论认为非常年轻的宇宙在一秒分之一的时间里从一个针孔大小膨胀到非常大的空间——这个过程被称为宇宙膨胀。

  十年前,第一幅宇宙微波背景辐射(CMB)地图——宇宙大爆炸后释放的光——强烈支持这一理论。CMB地图显示物质汤填满了早期宇宙,密度略微有所差异。这些差异是恒星、星系和星系群的种子,后者形成了目前所观测到的更大规模的结构。

  在任何随机天空样本里,这些波动看起来几乎一模一样,导致天文学家总结称所有物质一开始就相互作用,随后忽然分离——正如膨胀理论所预测的。然而第一张地图也显示了密度差异在宇宙一边表现得比另一边更加明显。2013年3月,普朗克探测器绘制了目前为止最高分辨率的CMB地图,后者也显示了这种不对称性。

  英国爱丁堡大学的安德鲁·里德尔(Andrew Liddle)和同事提出了一种解释,他们回顾了2008年美国加州帕萨迪纳市加州理工学院肖恩·卡洛尔(Sean Carroll)和同事发表的一项理论,后者认为小的变异是叠加在整个可观察宇宙的干扰上,就像大的海浪上的小波浪。

  “这个理论的问题在于这全是他们编造出来的,” 里德尔说道。“这一切毫无缘由。”然后他回想起他在20世纪90年代研究的一个名为气泡成核的宇宙模型。在这个模型里,整个宇宙产生于一个名为虚拟空间的更大宇宙里的量子波动。这种量子效应引起虚拟空间织布的相变,我们的宇宙开始产生,就像沸水里产生气泡。

  将这两个观点相结合,里德尔和同事显示了当气泡宇宙发生膨胀时,它在时空里会自然产生一个较大的干扰,从而解释了不平衡的CMB。这个气泡模型总会产生一个类似马鞍形的宇宙,CMB地图里可见物质的密度暗示着它们应该是扁平的。这没问题,研究小组总结称,宇宙可以一直是扁平的,直到可见宇宙的边缘,也就是马鞍形曲线的开始处。

  有的宇宙学家认为CMB的不对称性可能是统计的结果。“但是如果异常情况的确存在,那么这个物理模型比任何其它已知模型提供的解释都更合情合理,” 美国密歇根大学科学家德雷根·亨特(Dragan Huterer)这样说道,他并没有参与这项研究。

  那么宇宙气泡之外是什么呢?我们是否能够逃离这个气泡,或者气泡之外是否能够产生物质?也许不能,这篇2008年研究的合作作者、美国马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯大学的天体物理学家麦克·卡米科维斯基(Marc Kamionkowski)这样说道。气泡墙在以光速膨胀,因此我们可能永远也无法赶超这个速度。

  但是如果虚拟空间里的某样事物的确进入我们的宇宙,那么从我们的角度观测,它将出现在宇宙大爆炸的时刻,也将与其它早期物质混为一体。而现在这样的入侵者可能只被认作为一个怪异的大星系群而已。

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