宇宙大爆炸之谜，揭秘宇宙诞生之初，那会是怎样的情景？

一台超级计算机按下了宇宙诞生的倒带键。

宇宙从暴胀(左)到现在(右)的演化示意图。重建方法在这张图上从右到左绕回演化过程，从当前的星系分布中再现原始密度波动。(图片来源:统计数学研究所)

宇宙学家正在大爆炸后的第一个瞬间按下倒带键，他们在一台巨型超级计算机上模拟了4000个版本的宇宙，描绘一幅大爆炸后的景象，模拟当时可观测到的宇宙在最微小的一微秒内突然膨胀了1万亿倍的画面。通过将模拟所用的方法应用到对宇宙的真实观测中，研究人员从而对它在膨胀时期的样子有一个清晰的认识。研究负责人、日本国家天文台(NAOJ)的宇宙学家白崎正人(Masato Shirasaki)写道:“我们希望做一件事，比如能从最新的照片中假设宇宙初期的模样之类。”

不完整的宇宙

今天的宇宙呈现出密度的变化，有些斑块上有丰富的星系，而另一些则相对贫瘠。对于可见物质的这种不均匀分布，一个很有希望的假设是，在大爆炸的时候，在微小的原始宇宙中已经有了量子涨落，或能量的随机、临时变化，白崎说。

当宇宙膨胀时，这些波动也会膨胀，密度更大的点延伸到比周围密度更大的区域。引力可能与这些伸展的细丝相互作用，导致星系沿着它们聚集在一起。

但是引力的相互作用是复杂的，所以试图倒回这个膨胀时期来了解宇宙在它之前的样子是非常具有挑战性的。宇宙学家基本上需要从方程中去除引力波动。

一个新的开始

研究人员开发了一种重建方法来做到这一点。然而，为了确定重建是否准确，他们需要一些方法来测试。因此，他们使用日本国立天文台的阿特瑞二世超级计算机创建了4000个版本的宇宙，所有版本的初始密度波动都略有不同。研究人员让这些虚拟宇宙经历它们自己的虚拟膨胀，然后将重建方法应用到它们身上，看看它是否能让它们回到最初的起点。

白崎说：“我们发现，一种重建方法可以减少引力对观测到的星系分布的影响，使我们能够以一种有效的方式提取宇宙初始条件的信息。”

他补充说，这种重建以前已经应用于真实的星系数据，但新的研究表明，它也可以应用于宇宙膨胀期。白崎说，下一步是将重建应用到宇宙网的真实观测中。作为斯隆数字巡天计划的一部分，新墨西哥州的一台望远镜已经进行了这些观测。

相关知识

大爆炸事件是一种描述宇宙如何从高密度和高温度的初始状态膨胀的物理理论。大爆炸的各种宇宙学模型解释了可观测宇宙从最早的已知时期到后来的大规模的演变。这些模型为广泛的观测现象提供了全面的解释，包括轻元素的丰富性、宇宙微波背景辐射和大尺度结构。宇宙的整体均匀性，被称为平面性问题，是通过宇宙膨胀来解释的：宇宙膨胀是在最初的时刻，空间突然而非常迅速的膨胀。然而，物理学目前缺乏一个被广泛接受的量子引力理论，可以成功模拟大爆炸的早期环境。

宇宙是所有时间、空间与其包含的内容物所构成的统一体；它包含了行星、恒星、星系、星系际空间、次原子粒子以及所有的物质与能量，宇指空间，宙指时间。目前人类可观测到的宇宙，其距离大约为93 × 10⁹光年，最大为27,160百万秒差距；而整个宇宙的大小可能为无限大，但未有定论。

在物理宇宙学中，宇宙暴胀，简称暴胀，是早期宇宙的一种空间膨胀呈加速度状态的过程。暴胀时期在大爆炸后10⁻³⁶秒开始，持续到大爆炸后10⁻³³至10⁻³²秒之间。暴胀之后，宇宙继续膨胀，但速度则低得多。 “暴胀”一词可以指有关暴胀的假说、暴胀理论或者暴胀时期。

BY:Stephanie Pappas

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