我们可能已经猜对了宇宙大爆炸前的时刻了

物理学家也许已经解开了一个关于宇宙是如何形成的长达数十年的谜团。我们的宇宙是如何形成的，这个故事有一个漏洞，首先，宇宙像气球一样迅速膨胀，然后，一切就都出现了，但这两个周期是如何联系起来的，物理学家们一直没有弄清楚。

艺术家对大爆炸的描绘。(Image: © NASA’s Goddard Space Flight Center/CI Lab)

现在，一项新的研究提出了一种将两个时代联系起来的方法。在第一个时期，宇宙从一个几乎无限小的点增长到近八百万（即1后27个零）倍于不到万亿分之一秒的大小，在这个通胀时期之后，是一个更为渐进、但更为剧烈的扩张时期，我们称之为大爆炸，在大爆炸期间，一个非常炽热的基本粒子火球——如质子、中子和电子膨胀并冷却，形成今天我们看到的原子、恒星和星系，关于我们的宇宙是如何开始的这个问题，宇宙膨胀的大爆炸理论仍然是最受到支持的解释，然而科学家仍然困惑于这些完全不同的膨胀期是如何联系在一起的。为了解决这个宇宙难题，肯扬学院、麻省理工学院（MIT）和荷兰莱顿大学（Leiden University）的一个研究小组模拟了宇宙膨胀和大爆炸之间的关键转变——他们称之为“再加热期”。

麻省理工学院（MIT）物理学教授大卫·凯泽（David Kaiser）在一份声明中说：“后通胀再加热期为大爆炸创造了条件，从某种意义上说，将‘爆炸’带入了大爆炸。”这是一个桥梁时期，所有的地狱都会崩塌，物质的行为绝不简单。”当宇宙在宇宙膨胀期间瞬间闪现时，所有现存的物质都散开了，留下了一个冰冷而空虚的地方，没有点燃大爆炸所需的热粒子，伊利诺伊大学物理学博士生、这项研究的主要作者瑞秋·阮说，在再加热期间，推动通货膨胀的能量据信会衰变为粒子。

“一旦这些粒子产生，它们就会反弹并相互撞击，传递动量和能量，”阮教授告诉《现场科学》这就是使宇宙升温和再加热，为大爆炸设定初始条件的原因。”在他们的模型中，阮和她的同事模拟了称为充气子的奇异物质的行为。科学家认为，这些假设的粒子，在性质上类似于希格斯玻色子，创造了驱动宇宙膨胀的能量场。他们的模型表明，在适当的条件下，可以有效地重新分配燃烧物的能量，以创造重新加热宇宙所需的粒子多样性，他们于10月24日在《物理评论快报》杂志上发表了他们的研究结果。

高能物理坩埚

当我们研究早期宇宙时，我们真正做的是在非常、非常高的温度下进行粒子实验，”俄亥俄州肯扬学院物理学副教授、该研究的合著者汤姆·吉布林说从冷膨胀期到热期的转变是一个应该掌握一些关键证据的事实，这些粒子在这些极高的能量中真正存在。困扰物理学家的一个基本问题是，在膨胀过程中，重力如何在极端能量下运动。在爱因斯坦的广义相对论中，所有的物质都被认为以同样的方式受到重力的影响，重力的强度是恒定的，与粒子的能量无关。然而，由于量子力学的奇怪世界，科学家认为，在非常高的能量下，物质对引力的反应是不同的，研究小组通过调整粒子与重力相互作用的强度，将这一假设纳入他们的模型中。他们发现，它们增加的引力越大，充气子物质就越能有效地传递能量，产生大爆炸期间发现的热物质粒子，现在，他们需要寻找在宇宙中某个证据来支持他们的模型。

但要找到那个印记可能很难，我们对宇宙最早的一瞥是宇宙大爆炸后几十万年遗留下来的一个辐射气泡，被称为宇宙微波背景（CMB）。然而，宇宙微波背景辐射只在出生的第一个关键时刻暗示了宇宙的状态，吉布林等物理学家希望未来对引力波的观测能提供最后的线索。

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