我們?yōu)槭裁葱枰钪姹┟浝碚?？并不完美的科學(xué)假說

來源：新浪科技 發(fā)布時間：2018-10-25瀏覽：2115次

我們?yōu)槭裁葱枰钪姹┟浝碚?？并不完美的科學(xué)假說

　　新浪科技訊 北京時間10月25日消息，據(jù)國外媒體報道，宇宙大爆炸模型是目前對宇宙歷史的最成功解釋，而且這一模型的核心框架可以很容易地濃縮為一句話：在很久以 前，我們的宇宙要比現(xiàn)在小得多。在這個簡單的句子背后，是許多經(jīng)過數(shù)十年觀測后得到驗證的重要預(yù)言。宇宙的膨脹速率、宇宙微波背景輻射、最輕元素的產(chǎn)生、 近處和遠(yuǎn)處星系之間的差異……所有這些研究獲得的證據(jù)使宇宙學(xué)成為一門科學(xué)。然而，一些問題依然懸而未決。

　　在沒有其他補(bǔ)充或修正的情況下，大爆炸理論無法解釋所有觀測結(jié)果。

　　望向遙遠(yuǎn)的宇宙

　　我們看到的是無比巨大的宇宙空間。目前可觀測的宇宙直徑超過900億光年。而且，隨著我們對過去的了解越來越深，我們的目光也看得越來越遠(yuǎn)。圍 繞在我們周圍的是宇宙微波背景輻射，這是宇宙誕生不久（大約27萬年）時遺留下來的“化石”痕跡——宇宙最古老的光，距離現(xiàn)在過去了138億年。

　　這些熱輻射穿過遙遠(yuǎn)的宇宙空間，來到我們身邊。距離之遠(yuǎn)，我們現(xiàn)在還無法到達(dá)其源頭。而且，對于宇宙微波背景的不同部分，其輻射也彼此無法到 達(dá)。用物理學(xué)的術(shù)語來說，宇宙微波背景的不同區(qū)域不是因果關(guān)聯(lián)的。換句話說，在過去138億年中，對于我們可觀察宇宙極限范圍內(nèi)的一大塊區(qū)域而言，如果要 與另一大塊區(qū)域溝通，就必須發(fā)送比光速更快的信號。

　　如果宇宙微波背景不是幾乎完全平滑的話，這些就不是什么大問題。新生宇宙具有相同的溫度（差別只有百萬分之一）。為什么一切都協(xié)調(diào)得如此之好，一處區(qū)域的變化都沒有足夠的時間影響到其他區(qū)域？

　　宇宙是平的

　　盡我們所能對宇宙進(jìn)行測量，會發(fā)現(xiàn)宇宙的幾何學(xué)性質(zhì)似乎是完全的平坦。在大的宇宙尺度上，平行線永遠(yuǎn)保持平行，三角形的內(nèi)角加起來是180度，以此類推。你在高中學(xué)到的歐幾里得幾何規(guī)則都適用。

　　但是，宇宙沒有理由是平坦的。在大尺度下，宇宙可以有任何想要的彎曲，它可以像一個巨大而多維的沙灘球，也可以像騎馬用的馬鞍。然而，它選擇了 平坦，而且不只是有點(diǎn)平坦。在如今的宇宙中，沒有哪里的曲率可以達(dá)到幾個百分點(diǎn)的精度，早期宇宙則肯定能達(dá)到百萬分之一的平坦程度。

　　為什么？在所有可能的曲率選擇中，幾乎完全平坦的選項難道沒有一點(diǎn)可疑嗎？而且事實上，我們確實懷疑這種平坦度是有原因的，而不僅僅是擲骰子的幸運(yùn)結(jié)果。

　　神秘的磁單極子

　　在理論物理學(xué)中，磁單極子是假設(shè)的僅帶有單一磁極的基本粒子——想象一個只有北極或南極的粒子在獨(dú)自轉(zhuǎn)動。在已知物理學(xué)中，具有磁北極的物體也同時具有磁南極。根據(jù)目前關(guān)于最早期宇宙（大約是10^-35秒時）的最佳模型，當(dāng)時宇宙中應(yīng)該充斥著這樣的磁單極子。

　　這些磁單極子應(yīng)該非常常見，甚至應(yīng)該成為我們?nèi)粘Ｓ钪嫔钪械恼２糠?。然而，截至目前我們還沒有看到哪怕一個證據(jù)。在黑暗宇宙中似乎并沒有潛藏著神秘的單極子粒子。

　　它們?nèi)ツ睦锪?？在宇宙剛開始變得有趣時，它們應(yīng)該大量存在的，但如今卻無處可尋。

　　暴脹的宇宙

　　目前我們對這些難題的最佳解釋是宇宙暴脹（inflation）的過程。1980年，美國物理學(xué)家阿蘭?古斯（Alan Guth）首次提出了這一理論，并指出導(dǎo)致磁單極子充斥宇宙的過程也使宇宙進(jìn)入了一個快速膨脹的時期。

　　想象一下，如果將你的身體——包括腸胃、大腦、骨架等等——膨脹到整個宇宙大小，并且只花了不到10^-32秒的時間。這是非常猛烈的膨脹過程，所謂宇宙暴脹即是如此。阿蘭?古斯提出，當(dāng)我們的宇宙非常年輕時，它就在不到一眨眼的時間里膨脹到了如此龐大的尺度。

　　對古斯而言，這是解決磁單極子難題最干脆的途徑。通過使宇宙變得如此之大，磁單極子就會被稀釋。我們可觀測的部分宇宙只是整個宇宙的一個小角落，還有無比巨大的空間在那里，我們甚至永遠(yuǎn)都不能期望會發(fā)現(xiàn)磁單極子。

　　宇宙暴脹還解決了大爆炸理論的另兩個問題。在暴脹之前，宇宙有充足的時間來協(xié)調(diào)和平衡溫度，然后再進(jìn)入一個更大尺度的狀態(tài)，同時一些曾經(jīng)連接著 的區(qū)域也彼此分離，無法再互相接觸。在這樣一個廣闊的宇宙中，我們在可觀察的部分里也只能測量到平坦的幾何學(xué)特征。誰會在乎整個宇宙的曲率是多少……它太 大了，以至于在我們看來幾乎完全是平坦的。地球是有曲率的，但如果站在地面上看，你會看到后院的草坪是平坦的，因為它的面積相對地球表面而言太小了。在考 慮宇宙形狀的問題時，你也可以運(yùn)用同樣的邏輯。

　　盡管如此，科學(xué)家對宇宙暴脹背后的機(jī)制仍然充滿困惑。作為一個并不完美的科學(xué)假說，暴脹理論不能只解釋當(dāng)前的觀察結(jié)果，也在對未來的觀察進(jìn)行預(yù)測。那就是未來新的故事了。（任天）