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大爆炸前的宇宙是什么样的?

时间:2021-12-20 12:58:02来源:

艺术家的例证,显示了原始宇宙的不同理论中的原始标准时钟产生的信号模式。最佳:大反弹。底部:通货膨胀。

一个科学家团队提出了一个强大的通货膨胀测试,这是宇宙在大爆炸前一秒钟的一小部分略微膨胀的理论。他们的目标是对一个长期的问题进行深入了解:大爆炸前的宇宙是什么样的?

虽然宇宙通胀是众所周知,用于解决宇宙结构和演化的一些重要奥秘,但其他非常不同的理论也可以解释这些谜团。在这些理论中的一些理论中,在大爆炸前的宇宙的状态 - 所谓的原始宇宙 - 正在收缩而不是扩大,而大爆炸是一个大反弹的一部分。

为了帮助决定通货膨胀和这些其他想法之间的问题,伪造性的问题 - 即理论是否可以测试潜在地显示它是假的 - 不可避免地出现了。一些研究人员,包括剑桥的Astrophysics / Harvard&Smithsonian(CFA)中心的AVI Loeb,据思想,对通胀提出了担忧,这表明它看似无穷无尽的适应性使其成为所有但无法妥善测试。

“伪造性应该是任何科学理论的标志。当前通货膨胀的情况是,这是一个灵活的想法,它不能实验伪造,“Loeb说。“无论人们对某些可观察属性衡量的价值是什么,总有一些通货膨胀型号可以解释。”

现在,由CFA的Xingang Chen领导的科学家团队以及哈佛大学物理部的洛氏仙玉以及钟智宇,已经应用了一个想法,他们将“原始标准时钟”称为非通胀理论,和制定一种可用于实验伪造通货膨胀的方法。该研究将作为编辑建议出现在物理审查信中。

为了找到可以将通货膨胀与其他理论分开的一些特征,团队开始通过识别各种理论的定义性质 - 原始宇宙大小的演变。

“例如,在通货膨胀期间,宇宙的规模呈指数增长,”咸宇说。“在一些替代理论中,宇宙合同的规模。有些人做得很慢,而其他人则做得很快。

“迄今为止,人们提出的属性通常在不同的理论之间遇到困难,因为它们与原始宇宙大小的演变没有直接关系,”他继续。“所以,我们想找到可观察属性的内容,可以直接链接到该定义属性。”

由原始标准时钟产生的信号可以用于这样的目的。该时钟是原始宇宙中的任何类型的重型粒子。这种颗粒应该存在于任何理论中,并且它们的位置应该以某种常规频率振荡,就像时钟摆锤的滴定一样。

原始宇宙并不完全均匀。在微小的密度下有微小的不规则性,在当今宇宙中观察到的大规模结构的种子。这是物理学家依靠学习大爆炸前发生的事情的主要信息来源。标准时钟产生的刻度被印在这些不规则性结构中的信号。原始宇宙的不同理论中的标准时钟预测了不同的信号模式,因为宇宙的进化历史是不同的。

“如果我们想象我们到目前为止学到的所有信息,那么大爆炸前发生的事情发生了什么,那么标准时钟会告诉我们应该如何播放这些帧,”陈解释说。“没有任何时钟信息,我们不知道电影是否应该向前或向后播放,快速或缓慢,就像我们不确定原始宇宙是充气或收缩的,以及它的速度有多快。这是问题所在的地方。当电影在大爆炸之前拍摄时,标准时钟为每个框架上的时间戳放在这些框架上。并告诉我们如何玩电影。“

该团队计算了这些标准时钟信号应该如何看待非通胀理论,并建议如何在天体物理观察中搜索它们。“如果发现代表股宇宙的信号模式,这将伪造整个通货膨胀理论,”咸宇说。

这个想法的成功伴随着实验。“这些信号将非常微妙地检测,”陈说,“所以我们可能必须在许多不同的地方搜索。宇宙微波背景辐射是一个这样的地方,星系的分布是另一个。我们已经开始搜索这些信号,并且已经有一些有趣的候选人,但我们需要更多的数据。“

许多未来的Galaxy调查,例如美国领先LSST,欧洲的欧元区和NASA,SPENTEX的新批准的项目,预计将提供可用于目标的高质量数据。

参考:

“原始权力谱的独特指纹替代通货膨胀率”由兴大陈,亚伯拉罕·洛伯和钟智宇,2019年3月28日,物理审查信件.DOI:
10.1103 / physrevlett.122.121301ARXIV:
1809.02603

“Quantum原始标准时钟”由陈阳陈,穆罕默德Hossein Namjoo and Yi Wang,2016年2月4日,宇宙学杂志和天体物理学.DOI:
10.1088 / 1475-7516 / 2016/02 / 013ARXIV:
1509.03930

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