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強大的新粒子,主宰初期宇宙,但最后消失了,怎麼回事?

當原始宇宙還處于第二階段時,一種奇怪的超級粒子(實際上并不是粒子)主宰了整個時空,并釋放出陣陣漣漪。這種被稱為示波器的物質可能充滿能量波,并釋放出所謂的引力波,也就是超級黑洞吞并另一個黑洞時,產生的時空波動。未來,探測這些早期宇宙引力波的實驗可能會給我們對從未預見過的極端宇宙條件提供啟發。

物理學家認為,當宇宙還處于初期階段時,它在極短的時間內迅速變大。我們稱這一戲劇性事件為「膨脹」,并且,這或許也是我們定義初期宇宙的可據事件。或許在某個時間,宇宙形成的那一刻,發生了一些事情(我們并不確定),促使其以超臨界的膨脹速率成長,并且這一數值遠高于此前的速率,大概達到10的52次方。

在這次膨脹事件之后,又發生了另外一些事(再次聲明,我們并不確定)。后期發生的事件平息了此前初始宇宙快速膨脹的情況,并使其以平穩的速度繼續膨脹,也就是當前宇宙的膨脹速度。

宇宙學家非常確定,這一超級膨脹事件發生在宇宙初期階段,這是因為,我們當前所處的宇宙在很大的程度上仍然非常均勻。但是,快速膨脹事件或許造成了一些后遺癥——撫平了所有紋路。

此外,天文學家已經獲取到關于宇宙膨脹事件的間接證據。膨脹并不僅僅使得宇宙變大,它也促發了另一件大事,即再加熱。無論是什麼事件導致地球膨脹,但是最終,它都會消亡。當這一宇宙景象消亡時,觸發宇宙膨脹的系統需要釋放其剩余能量,這又產生了粒子漣漪,最終形成質子、中子、原子、分子、恒星、行星以及你我。

與此同時,在這一膨脹期間,宇宙萬物如雨后春筍般涌現出來,包括時空中微小的量子波動,在時空中劇烈爆炸扭動后,形成巨觀上的差異。這些量子波動意味著,宇宙中的一些區域擁有高于均值的引力。相反,具有更大引力區域匯集了材料碎片,這些材料碎片再數十億年的時間內逐步成長,成為我們當前能夠觀測到的大型物體的前身。

并且,如果宇宙膨脹確實如科學家推測的那樣,那麼它可能還形成了更強大的物質。

關于觸發宇宙膨脹的事件,物理學家有不同的觀點。其中一種便是量子現象中橫跨所有時空的標量場。作為一種花哨的表達方式,標量場便是指宇宙中的任何位置與區域都有價值或者力量,但是沒有特殊指向(為幫助你了解這一概念,你可以類比當地天氣預報中的溫度地圖,那就像我們所說的標量場)。在現代宇宙中,標量場基本上位播放器。但是,早期宇宙是一個完全不同的地方,在現代宇宙中稀少的標量場,在當時卻是非常豐富的。確實,一些宇宙膨脹理論認為,正是這些標量場觸發了宇宙膨脹。

你可以想象一個海洋表面的標量場。它向四周不斷延伸,并超出了水平線,并且它還有多種攪動的波紋。正如我們所知的海洋,標量場中的波紋有時是平靜規律的,但是有時卻是無序且具有破壞力的。

根據優先發表于arXiv數據庫上的最新論文,早期宇宙中確實可能發生了這一事件。在宇宙膨脹后的短時間內,再加熱啟動,宇宙中便充滿了粒子,而無序的標量場便散布到其他區域,就如大西洋上空的颶風那樣。

這一過程或許形成了示波器,也就是能夠長期存在的穩定波紋。示波器能夠在任何情況下產生,例如,孤立波便是一種示波器。當量子標量場中的示波器形成時,他們也會產生他們自身的獨特粒子。

雖然這些示波器并不真的直接參與任何粒子互動過程中,但是示波器本身能夠影響宇宙。這些示波器或許層游蕩于早期的宇宙中,并且,在很短的時間內獲取了大量能量,形成了比其他場域或粒子家族中更強大的能量。

伴隨著這些波動與蕩漾,一些有趣的事情突然發生了。以示波器為例,這些波動與蕩漾或許形成了引力波,導致時空波動。當示波器波紋在宇宙中前后晃蕩時,它們的極端能量撕裂了時空,形成了引力紋路。

當示波器活動逐漸減弱后,由此形成的引力波卻會繼續存在,從而波及整個宇宙直到現在。盡管我們當前還無法觀測到早期宇宙中的引力波,但是,通過LISA探測器(激光干涉儀空間天線)以及BBO(大爆炸觀測器),我們未來或許能夠觀測到。

如果這一示波器圖景是正確的,這便可能是形成引力波的膨脹機制。如果我們之后能夠觀測到這一波紋,我們將能夠了解第二階段宇宙形成時期的景象。

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