宇宙在大爆炸後迅速膨脹的證據

原始引力波的痕跡可以告訴我們早期宇宙如何以及何時經歷了急劇膨脹

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通貨膨脹理論得分。宇宙在大爆炸後迅速膨脹的觀點在3月份得到了加強,當時物理學家證實了通貨膨脹理論的一個主要預測。位於南極的宇宙本底成像(Cosmic Extragalactic Polarization)2 (BICEP2) 實驗發現了原始引力波的證據,這是時空結構中的漣漪,在早期宇宙膨脹時產生。物理學家表示,這一發現不僅是對通貨膨脹理論的主要驗證,也是縮小可能發生的眾多通貨膨脹版本範圍的好方法。“這確實大大縮小了合理的通貨膨脹模型空間,”約翰·霍普金斯大學的馬克·卡米翁科夫斯基說,他沒有參與這項發現,但在1997年共同預測瞭如何找到這些引力波印記。“我們將不再像大海撈針一樣尋找,而是像在沙桶裡找針一樣。”

BICEP2 在宇宙微波背景輻射中發現了一種稱為原始 B 模式偏振的模式,宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸後不久遺留下來的光。這種模式,基本上是光偏振或電場方向的捲曲,只能由通貨膨脹引起的引力波產生。“我們已經找到了通貨膨脹的鐵證,並且我們還製作了第一張天空引力波影像,”斯坦福大學的郭兆林說,他設計了 BICEP2 探測器並共同領導了合作。

物理學家表示,如此開創性的發現需要其他實驗的證實才能真正令人信服。儘管如此,該結果仍被譽為宇宙學的巨大勝利。“它有可能出錯,但我認為結果很有可能站得住腳,”1980 年首次預測通貨膨脹的麻省理工學院的艾倫·古思說。


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物理學家現在正在解析這一發現,以尋找關於通貨膨脹的時間和細節的線索。BICEP2 的測量表明,通貨膨脹開始於大爆炸後一萬億分之一萬億分之一萬億分之一秒,那時宇宙的能量如此之高,以至於自然界的所有基本力——電磁力、強力和弱力,引力除外——可能已經統一成一種單一的力。新結果也可能平息任何仍然懷疑通貨膨脹的人。“如果這項發現得到證實,”通貨膨脹理論的主要作者之一、斯坦福大學的安德烈·林德說,“通貨膨脹理論沒有任何真正的替代方案。”

延伸閱讀和引用ScientificAmerican.com/may2014/advances

克拉拉·莫斯科維茨大眾科學的高階編輯,她在那裡報道天文學、太空、物理學和數學。她在大眾科學工作了十年;之前她在 Space.com 工作。莫斯科維茨曾對火箭發射、太空梭升空和著陸、亞軌道太空飛行訓練、山頂天文臺等進行過現場報道。她擁有衛斯理大學天文學和物理學學士學位以及加州大學聖克魯茲分校科學傳播研究生學位。

更多作者:克拉拉·莫斯科維茨
大眾科學 雜誌 第 310 卷 第 5 期本文最初以“我們膨脹的宇宙”為標題發表於 大眾科學 雜誌 第 310 卷 第 5 期(),第 14 頁
doi:10.1038/scientificamerican0514-14
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