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宇宙暴胀是怎么回事?


暴胀理论是现代的主流宇宙学模型——大爆炸宇宙学模型也叫标准宇宙学模型)重要组成部分。

20世纪70年代末,宇宙学面临两大疑难

一是“视界疑难简单说就是我们观测到的宇宙不同区域,比如两个互相之间相隔极为遥远A区域和B区域看上去是非常相似的。但是,自从宇宙诞生以来,即使信息以光速传播,也来不及从A区域传到B区域。那么,它们之间应该彼此毫无联系才对,为什么毫无联系的地方会看起来如此相似呢?只是碰巧吗?

二是平直性疑难。我们现在的宇宙是非常接近平直的,但为什么是恰好平直的呢?恰好平直的概率应该是极低的。

1981年,美国麻省理工学院34的粒子物理学家古斯提出了一种极早期宇宙演化的模型,能够解释上述两个疑难,那就是暴胀模型。该模型认为,在宇宙诞生1035次方~1032次方秒,宇宙以大大高于正常速度急速膨胀,这就是暴胀。这次暴胀有多夸张?宇宙直接涨大了大约1050次方倍!!!

这又有多大呢?打个比方暴胀前的某个宇宙区域,如果只有质子一万亿分之一大,暴胀后,这个区域就膨胀到了比超星系团还要……

很难想象是不是?但这就是宇宙的神奇!

于是,暴胀理论成功的解决了前述的两个疑难。

暴胀前,宇宙空间尺度范围要比之前预计的小很多,这样信息就足够时间从今天所观测宇宙的任意一点跑到另一点解决了视界疑难。

至于平直性疑难让我们想象一下,如果你是一只蚂蚁,趴在一个气球表面,你可以很容易发现这个气球表面是弯曲的。但是如果这个气球膨胀到了几千米,你就不那么容易发现它是弯曲的了——就像古人认为大地是平的但地球 其实是弯曲的一样。,现在,如果这个气球膨胀到了整个宇宙这么大,一只蚂蚁还能觉得它是弯曲的吗?不能,它会觉得,无论在任何精度下测量,这个气球表面都是平直的。

有人也许会问,暴胀速度这么快,远远超过了光速,是不是违背了相对论?并不是。光速只是限制了宇宙中物质和能量的运动速度,宇宙空间自身的膨胀不受此限制。


(本回答主要参考了《天文学新概论(第五版苏宜编著;《今日天文:星系世界和宇宙的一生[]埃里克·蔡森、史蒂夫·麦克米伦著高健、詹想译)

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