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图解时间简史
1.9.8 8 什么是暴胀 暴胀是加速膨胀

8 什么是暴胀
暴胀是加速膨胀

暴胀理论为膨胀宇宙的标准图景作了一点小小的修改,在宇宙历史上有一个非常短暂的阶段,宇宙加速膨胀着。这个小小的修改意义深远。

超级免费午餐

1981年,美国物理学家阿兰·古斯提出了宇宙暴胀理论。按照他的理论,在大爆炸后10-36秒时,宇宙温度下降到1028K,并在某种标量场(其数值与时空坐标选择无关的一种物理量)的真空能驱动下膨胀。当宇宙温度下降到1028K以后,宇宙进入过冷状态,于是真空发生对称破缺,进入伪真空态。结果,真空很快发生相变,释放出大量能量,驱动宇宙指数式暴胀。临近结束时,暴胀的能量变成粒子和热能,宇宙进入再加热阶段而迅速变热,同时建立起热平衡。

整个暴胀过程历时约10-33秒,宇宙尺度增大了1026倍,从暴胀前的10-25厘米区域增大到了约10厘米。因为暴胀可以使一小团物质变成整个宇宙,所以古斯总喜欢把宇宙比喻成“超级免费午餐”。

暴胀理论的发展

1982年,俄裔物理学家安德烈·林德等人提出了新的暴胀理论,认为相变是缓慢发生的。1983年,林德又提出了混沌暴胀理论,认为暴胀的初始条件是混沌的,宇宙处处发生了暴胀,其中暴胀最充分的区域产生了今天均匀的宇宙。

此后二十余年,各种暴胀理论应运而生,它们基本上可分为三类:一类是大暴胀场模型,其暴胀初始值很大,如林德的混沌暴胀理论;第二类是小暴胀场模型,其暴胀初始值很小,相变是缓慢发生的;第三类是混合暴胀模型,这类模型中出现二次暴胀相变。

宇宙暴胀模型

阿兰·古斯,美国物理学家、宇宙学家,麻省理工学院教授。1981年,古斯正式发表了他的第一个暴胀模型。

安德烈·林德,宇宙学家,现任斯坦福大学教授。他是最早提出暴胀宇宙学的学者之一,并修正了古斯的模型。

设想宇宙是无限的某种混沌的随机初始状态。某些空间区域中的条件容许出现相当规模的暴胀,以产生一个尺度恰如我们今日所见的可观测宇宙。在其他区域中则不然。

暴胀一旦开始,它似乎就会永远继续下去。在我们的视界以外,必定存在着仍在经历暴胀的区域。