什么是宇宙暴漲？為什么宇宙需要暴漲？

暴漲理論將量子物理學和粒子物理學的觀點結(jié)合在一起，來探索宇宙大爆炸之后的早期時刻。根據(jù)暴漲理論，宇宙是在一種不穩(wěn)定的能量狀態(tài)下產(chǎn)生的，這迫使宇宙在早期迅速膨脹。其中一個結(jié)果就是宇宙比預(yù)期的要大得多，比我們用望遠鏡所能觀測到的要大得多。另一個結(jié)果是，這個理論預(yù)測了一些特性，如能量的均勻分布和空間幾何的平直性，而這些特性之前在大爆炸理論框架內(nèi)都沒有解釋。

暴漲理論是由粒子物理學家艾倫·古斯于1980年提出的，今天它被普遍認為是大爆炸理論中的一個組成部分，盡管大爆炸理論的核心思想在暴漲理論發(fā)展之前就已經(jīng)確立多年了。

多年來，大爆炸理論被證明是相當成功的，特別是通過宇宙微波背景輻射(CMB)的發(fā)現(xiàn)得到了證實。盡管這個理論成功地解釋了我們所看到的宇宙的大部分方面，但仍然存在三個主要問題:

1.均勻性疑難(或者“為什么宇宙在大爆炸一秒鐘后就如此均勻?)

2.平直性疑難

3.磁單極子產(chǎn)量過剩的預(yù)測

大爆炸模型似乎預(yù)測了一個彎曲的宇宙，在這個宇宙中，能量不能均勻地分布，有很多磁單極子，但沒有一個與觀測相符。

1978年，粒子物理學家艾倫·古斯在康奈爾大學羅伯特·迪克的一次演講中首次發(fā)現(xiàn)了平直性疑難。在接下來的幾年里，古斯將粒子物理學的概念應(yīng)用到這種情況中，并建立了早期宇宙的暴漲模型。

1980年1月23日，古斯在斯坦福線性加速器中心發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。他的革命性想法是，作為粒子物理學核心的量子物理學原理可以應(yīng)用于大爆炸創(chuàng)造的早期階段。宇宙會以高能量密度被創(chuàng)造出來。熱力學定律意味著宇宙的密度將會迫使其極迅速地膨脹。

對于那些對細節(jié)感興趣的人來說，從本質(zhì)上說，在希格斯機制被關(guān)閉(或者換句話說，希格斯玻色子不存在)的情況下，宇宙將被創(chuàng)造在一個“假真空”中。它將經(jīng)歷一個過冷的過程，尋找一個穩(wěn)定的低能量狀態(tài)(希格斯機制啟動的“真正的真空”)，而正是這個過冷過程推動了快速膨脹時期的暴漲。

如何迅速?宇宙每10負35次方秒就會擴大一倍。在10的負30次方秒內(nèi)，宇宙的大小將增加10萬倍，這足以解釋平直的問題。即使宇宙一開始就有曲率，那么大的膨脹也會使它今天看起來是平的。(考慮到地球的大小大到在我們看來是平的，即使我們知道我們所站的表面是一個球體外的曲面。)

同樣，能量分布之所以如此均勻，是因為當它開始的時候，我們只是宇宙中非常小的一部分，而這部分宇宙膨脹得如此之快，以至于如果有任何主要的不均勻的能量分布，它們會離我們太遠而無法察覺。這是均勻性疑難的一個解決方案。

優(yōu)化理論據(jù)古思所知，這個理論的問題在于，一旦暴漲開始，它將永遠持續(xù)下去。似乎沒有明確的關(guān)閉機制。而且，如果空間以這種速度持續(xù)膨脹，那么先前由西德尼·科爾曼提出的關(guān)于早期宇宙的觀點就不會成立。科爾曼曾預(yù)言，早期宇宙的相變是由聚集在一起的小氣泡產(chǎn)生的。隨著暴漲的發(fā)生，這些小氣泡彼此遠離的速度太快以至于無法合并。

被這一前景所吸引，俄羅斯物理學家安德烈·林德著手研究這個問題，并意識到有另一種解釋可以解決這個問題，而在冷戰(zhàn)鐵幕的這一邊(記得嗎，那是20世紀80年代)，安德烈亞斯·阿爾布雷希特和保羅·j·斯坦哈特也提出了類似的解決方案。

這個理論的更新版本在整個20世紀80年代獲得了廣泛的關(guān)注，并最終成為既定的大爆炸理論的一部分。

該理論還有兩種密切相關(guān)的變體，混沌暴漲和永恒暴漲，它們有一些細微的區(qū)別。在這些理論中，暴漲機制不是在大爆炸之后立即發(fā)生一次，而是在空間的不同區(qū)域不斷發(fā)生。他們假設(shè)，作為多元宇宙的一部分，“泡泡宇宙”的數(shù)量在迅速增加。一些物理學家指出，這些預(yù)測存在于所有版本的暴漲理論中，所以不要真的把它們看作是不同的理論。

雖然現(xiàn)代宇宙學理論中的暗能量也能導致宇宙的加速膨脹，但其中涉及的機制與暴脹理論中涉及的機制非常不同。宇宙學家感興趣的一個領(lǐng)域是暴脹理論可能導致對暗能量的洞察，反之亦然。

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