宇宙在大爆炸后迅速膨胀的证据

原始引力波的痕迹可以告诉我们早期宇宙如何以及何时经历了急剧膨胀

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通货膨胀理论得分。宇宙在大爆炸后迅速膨胀的观点在3月份得到了加强,当时物理学家证实了通货膨胀理论的一个主要预测。位于南极的宇宙本底成像(Cosmic Extragalactic Polarization)2 (BICEP2) 实验发现了原始引力波的证据,这是时空结构中的涟漪,在早期宇宙膨胀时产生。物理学家表示,这一发现不仅是对通货膨胀理论的主要验证,也是缩小可能发生的众多通货膨胀版本范围的好方法。“这确实大大缩小了合理的通货膨胀模型空间,”约翰·霍普金斯大学的马克·卡米翁科夫斯基说,他没有参与这项发现,但在1997年共同预测了如何找到这些引力波印记。“我们将不再像大海捞针一样寻找,而是像在沙桶里找针一样。”

BICEP2 在宇宙微波背景辐射中发现了一种称为原始 B 模式偏振的模式,宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸后不久遗留下来的光。这种模式,基本上是光偏振或电场方向的卷曲,只能由通货膨胀引起的引力波产生。“我们已经找到了通货膨胀的铁证,并且我们还制作了第一张天空引力波图像,”斯坦福大学的郭兆林说,他设计了 BICEP2 探测器并共同领导了合作。

物理学家表示,如此开创性的发现需要其他实验的证实才能真正令人信服。尽管如此,该结果仍被誉为宇宙学的巨大胜利。“它有可能出错,但我认为结果很有可能站得住脚,”1980 年首次预测通货膨胀的麻省理工学院的艾伦·古思说。


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物理学家现在正在解析这一发现,以寻找关于通货膨胀的时间和细节的线索。BICEP2 的测量表明,通货膨胀开始于大爆炸后一万亿分之一万亿分之一万亿分之一秒,那时宇宙的能量如此之高,以至于自然界的所有基本力——电磁力、强力和弱力,引力除外——可能已经统一成一种单一的力。新结果也可能平息任何仍然怀疑通货膨胀的人。“如果这项发现得到证实,”通货膨胀理论的主要作者之一、斯坦福大学的安德烈·林德说,“通货膨胀理论没有任何真正的替代方案。”

延伸阅读和引用ScientificAmerican.com/may2014/advances

克拉拉·莫斯科维茨大众科学的高级编辑,她在那里报道天文学、太空、物理学和数学。她在大众科学工作了十年;之前她在 Space.com 工作。莫斯科维茨曾对火箭发射、航天飞机升空和着陆、亚轨道太空飞行训练、山顶天文台等进行过现场报道。她拥有卫斯理大学天文学和物理学学士学位以及加州大学圣克鲁兹分校科学传播研究生学位。

更多作者:克拉拉·莫斯科维茨
大众科学 杂志 第 310 卷 第 5 期本文最初以“我们膨胀的宇宙”为标题发表于 大众科学 杂志 第 310 卷 第 5 期(),第 14 页
doi:10.1038/scientificamerican0514-14
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