宇宙暴脹是怎么回事?
暴脹理論是現(xiàn)代的主流宇宙學(xué)模型——大爆炸宇宙學(xué)模型(也叫標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型)的重要組成部分。
20世紀(jì)70年代末,,宇宙學(xué)面臨兩大疑難,。
一是“視界疑難”。簡(jiǎn)單說(shuō),,就是我們觀(guān)測(cè)到的宇宙不同區(qū)域,比如兩個(gè)互相之間相隔極為遙遠(yuǎn)的A區(qū)域和B區(qū)域,看上去是非常相似的,。但是,自從宇宙誕生以來(lái),,即使信息以光速傳播,,也來(lái)不及從A區(qū)域傳到B區(qū)域。那么,它們之間應(yīng)該彼此毫無(wú)聯(lián)系才對(duì),,為什么毫無(wú)聯(lián)系的地方會(huì)看起來(lái)如此相似呢,?只是碰巧嗎?
二是“平直性疑難”,。我們現(xiàn)在的宇宙是非常接近平直的,,但為什么是“恰好”平直的呢?恰好平直的概率應(yīng)該是極低的,。
1981年,,美國(guó)麻省理工學(xué)院34歲的粒子物理學(xué)家古斯提出了一種極早期宇宙演化的模型,能夠解釋上述兩個(gè)疑難,,那就是暴脹模型,。該模型認(rèn)為,在宇宙誕生10的負(fù)35次方秒~10的負(fù)32次方秒,,宇宙以大大高于正常的速度急速膨脹,,這就是暴脹。這次暴脹有多夸張,?宇宙直接漲大了大約10的50次方倍,!!,!
這又有多大呢,?打個(gè)比方,暴脹前的某個(gè)宇宙區(qū)域,,如果只有質(zhì)子的一萬(wàn)億分之一大,,暴脹后,這個(gè)區(qū)域就膨脹到了比超星系團(tuán)還要大了……
很難想象是不是,?但這就是宇宙的神奇,!
于是,暴脹理論成功的解決了前述的兩個(gè)疑難,。
暴脹前,,宇宙空間尺度范圍要比之前預(yù)計(jì)的小很多,這樣,,信息就有足夠時(shí)間從今天所觀(guān)測(cè)宇宙的任意一點(diǎn)跑到另一點(diǎn),,解決了視界疑難。
至于平直性疑難,,讓我們想象一下,,如果你是一只螞蟻,趴在一個(gè)小氣球表面,,你可以很容易發(fā)現(xiàn)這個(gè)氣球表面是彎曲的,。但是,,如果這個(gè)氣球膨脹到了幾千米,你就不那么容易發(fā)現(xiàn)它是彎曲的了——就像古人認(rèn)為大地是平的但地球 其實(shí)是彎曲的一樣,。好,,現(xiàn)在,如果這個(gè)氣球膨脹到了整個(gè)宇宙這么大,,一只螞蟻還能覺(jué)得它是彎曲的嗎,?不能了,它會(huì)覺(jué)得,,無(wú)論在任何精度下測(cè)量,,這個(gè)氣球表面都是平直的。
有人也許會(huì)問(wèn),,暴脹速度這么快,,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了光速,是不是違背了相對(duì)論,?并不是,。光速只是限制了宇宙中物質(zhì)和能量的運(yùn)動(dòng)速度,但宇宙空間自身的膨脹不受此限制,。
(本回答主要參考了《天文學(xué)新概論(第五版)》,,蘇宜編著;《今日天文:星系世界和宇宙的一生》,,[美]埃里克·蔡森,、史蒂夫·麥克米倫著,高健,、詹想譯)