圖：早期的宇宙抽象圖及量子物理

(資料圖片僅供參考)

當(dāng)原始宇宙還處于第二階段時(shí)，一種奇怪的超級(jí)粒子（實(shí)際上并不是粒子）主宰了整個(gè)時(shí)空，并釋放出陣陣漣漪。這種被稱(chēng)為示波器的物質(zhì)可能充滿(mǎn)能量波，并釋放出所謂的引力波，也就是超級(jí)黑洞吞并另一個(gè)黑洞時(shí)，產(chǎn)生的時(shí)空波動(dòng)。未來(lái)，探測(cè)這些早期宇宙引力波的實(shí)驗(yàn)可能會(huì)給我們對(duì)從未預(yù)見(jiàn)過(guò)的極端宇宙條件提供啟發(fā)。

變大

物理學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)宇宙還處于初期階段時(shí)，它在極短的時(shí)間內(nèi)迅速變大。我們稱(chēng)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(jù)事件。或許在某個(gè)時(shí)間，宇宙形成的那一刻，發(fā)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(zhǎng)，并且這一數(shù)值遠(yuǎn)高于此前的速率，大概達(dá)到10的52次方。

在這次膨脹事件之后，又發(fā)生了另外一些事（再次聲明，我們并不確定）。后期發(fā)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(wěn)的速度繼續(xù)膨脹，也就是當(dāng)前宇宙的膨脹速度。

宇宙學(xué)家非常確定，這一超級(jí)膨脹事件發(fā)生在宇宙初期階段，這是因?yàn)?，我們?dāng)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(xué)家已經(jīng)獲取到關(guān)于宇宙膨脹事件的間接證據(jù)。膨脹并不僅僅使得宇宙變大，它也促發(fā)了另一件大事，即再加熱。無(wú)論是什么事件導(dǎo)致地球膨脹，但是最終，它都會(huì)消亡。當(dāng)這一宇宙景象消亡時(shí)，觸發(fā)宇宙膨脹的系統(tǒng)需要釋放其剩余能量，這又產(chǎn)生了粒子漣漪，最終形成質(zhì)子、中子、原子、分子、恒星、行星以及你我。

與此同時(shí)，在這一膨脹期間，宇宙萬(wàn)物如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)，包括時(shí)空中微小的量子波動(dòng)，在時(shí)空中劇烈爆炸扭動(dòng)后，形成宏觀上的差異。這些量子波動(dòng)意味著，宇宙中的一些區(qū)域擁有高于均值的引力。相反，具有更大引力區(qū)域匯集了材料碎片，這些材料碎片再數(shù)十億年的時(shí)間內(nèi)逐步成長(zhǎng)，成為我們當(dāng)前能夠觀測(cè)到的大型物體的前身。

并且，如果宇宙膨脹確實(shí)如科學(xué)家推測(cè)的那樣，那么它可能還形成了更強(qiáng)大的物質(zhì)。

搖一搖

關(guān)于觸發(fā)宇宙膨脹的事件，物理學(xué)家有不同的觀點(diǎn)。其中一種便是量子現(xiàn)象中橫跨所有時(shí)空的標(biāo)量場(chǎng)。作為一種花哨的表達(dá)方式，標(biāo)量場(chǎng)便是指宇宙中的任何位置與區(qū)域都有價(jià)值或者力量，但是沒(méi)有特殊指向（為幫助你了解這一概念，你可以類(lèi)比當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報(bào)中的溫度地圖，那就像我們所說(shuō)的標(biāo)量場(chǎng)）。在現(xiàn)代宇宙中，標(biāo)量場(chǎng)基本上位播放器。但是，早期宇宙是一個(gè)完全不同的地方，在現(xiàn)代宇宙中稀少的標(biāo)量場(chǎng)，在當(dāng)時(shí)卻是非常豐富的。確實(shí)，一些宇宙膨脹理論認(rèn)為，正是這些標(biāo)量場(chǎng)觸發(fā)了宇宙膨脹。

你可以想象一個(gè)海洋表面的標(biāo)量場(chǎng)。它向四周不斷延伸，并超出了水平線(xiàn)，并且它還有多種攪動(dòng)的波紋。正如我們所知的海洋，標(biāo)量場(chǎng)中的波紋有時(shí)是平靜規(guī)律的，但是有時(shí)卻是無(wú)序且具有破壞力的。

根據(jù)優(yōu)先發(fā)表于arXiv數(shù)據(jù)庫(kù)上的最新論文，早期宇宙中確實(shí)可能發(fā)生了這一事件。在宇宙膨脹后的短時(shí)間內(nèi)，再加熱啟動(dòng)，宇宙中便充滿(mǎn)了粒子，而無(wú)序的標(biāo)量場(chǎng)便散布到其他區(qū)域，就如大西洋上空的颶風(fēng)那樣。

這一過(guò)程或許形成了示波器，也就是能夠長(zhǎng)期存在的穩(wěn)定波紋。示波器能夠在任何情況下產(chǎn)生，例如，孤立波便是一種示波器。當(dāng)量子標(biāo)量場(chǎng)中的示波器形成時(shí)，他們也會(huì)產(chǎn)生他們自身的獨(dú)特粒子。

揭開(kāi)謎團(tuán)

雖然這些示波器并不真的直接參與任何粒子互動(dòng)過(guò)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(shí)間內(nèi)獲取了大量能量，形成了比其他場(chǎng)域或粒子家族中更強(qiáng)大的能量。

伴隨著這些波動(dòng)與蕩漾，一些有趣的事情突然發(fā)生了。以示波器為例，這些波動(dòng)與蕩漾或許形成了引力波，導(dǎo)致時(shí)空波動(dòng)。當(dāng)示波器波紋在宇宙中前后晃蕩時(shí)，它們的極端能量撕裂了時(shí)空，形成了引力紋路。

當(dāng)示波器活動(dòng)逐漸減弱后，由此形成的引力波卻會(huì)繼續(xù)存在，從而波及整個(gè)宇宙直到現(xiàn)在。盡管我們當(dāng)前還無(wú)法觀測(cè)到早期宇宙中的引力波，但是，通過(guò)LISA探測(cè)器（激光干涉儀空間天線(xiàn)）以及BBO（大爆炸觀測(cè)器），我們未來(lái)或許能夠觀測(cè)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(jī)制。如果我們之后能夠觀測(cè)到這一波紋，我們將能夠了解第二階段宇宙形成時(shí)期的景象。

BY: Paul Sutter

FY: 秋

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