圖：早期的宇宙抽象圖及量子物理

(資料圖片僅供參考)

當(dāng)原始宇宙還處于第二階段時，一種奇怪的超級粒子（實際上并不是粒子）主宰了整個時空，并釋放出陣陣漣漪。這種被稱為示波器的物質(zhì)可能充滿能量波，并釋放出所謂的引力波，也就是超級黑洞吞并另一個黑洞時，產(chǎn)生的時空波動。未來，探測這些早期宇宙引力波的實驗可能會給我們對從未預(yù)見過的極端宇宙條件提供啟發(fā)。

變大

物理學(xué)家認(rèn)為，當(dāng)宇宙還處于初期階段時，它在極短的時間內(nèi)迅速變大。我們稱這一戲劇性事件為“膨脹”，并且，這或許也是我們定義初期宇宙的可據(jù)事件?；蛟S在某個時間，宇宙形成的那一刻，發(fā)生了一些事情（我們并不確定），促使其以超臨界的膨脹速率成長，并且這一數(shù)值遠(yuǎn)高于此前的速率，大概達到10的52次方。

在這次膨脹事件之后，又發(fā)生了另外一些事（再次聲明，我們并不確定）。后期發(fā)生的事件平息了此前初始宇宙快速膨脹的情況，并使其以平穩(wěn)的速度繼續(xù)膨脹，也就是當(dāng)前宇宙的膨脹速度。

宇宙學(xué)家非常確定，這一超級膨脹事件發(fā)生在宇宙初期階段，這是因為，我們當(dāng)前所處的宇宙在很大的程度上仍然非常均勻。但是，快速膨脹事件或許造成了一些后遺癥——撫平了所有紋路。

此外，天文學(xué)家已經(jīng)獲取到關(guān)于宇宙膨脹事件的間接證據(jù)。膨脹并不僅僅使得宇宙變大，它也促發(fā)了另一件大事，即再加熱。無論是什么事件導(dǎo)致地球膨脹，但是最終，它都會消亡。當(dāng)這一宇宙景象消亡時，觸發(fā)宇宙膨脹的系統(tǒng)需要釋放其剩余能量，這又產(chǎn)生了粒子漣漪，最終形成質(zhì)子、中子、原子、分子、恒星、行星以及你我。

與此同時，在這一膨脹期間，宇宙萬物如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，包括時空中微小的量子波動，在時空中劇烈爆炸扭動后，形成宏觀上的差異。這些量子波動意味著，宇宙中的一些區(qū)域擁有高于均值的引力。相反，具有更大引力區(qū)域匯集了材料碎片，這些材料碎片再數(shù)十億年的時間內(nèi)逐步成長，成為我們當(dāng)前能夠觀測到的大型物體的前身。

并且，如果宇宙膨脹確實如科學(xué)家推測的那樣，那么它可能還形成了更強大的物質(zhì)。

搖一搖

關(guān)于觸發(fā)宇宙膨脹的事件，物理學(xué)家有不同的觀點。其中一種便是量子現(xiàn)象中橫跨所有時空的標(biāo)量場。作為一種花哨的表達方式，標(biāo)量場便是指宇宙中的任何位置與區(qū)域都有價值或者力量，但是沒有特殊指向（為幫助你了解這一概念，你可以類比當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報中的溫度地圖，那就像我們所說的標(biāo)量場）。在現(xiàn)代宇宙中，標(biāo)量場基本上位播放器。但是，早期宇宙是一個完全不同的地方，在現(xiàn)代宇宙中稀少的標(biāo)量場，在當(dāng)時卻是非常豐富的。確實，一些宇宙膨脹理論認(rèn)為，正是這些標(biāo)量場觸發(fā)了宇宙膨脹。

你可以想象一個海洋表面的標(biāo)量場。它向四周不斷延伸，并超出了水平線，并且它還有多種攪動的波紋。正如我們所知的海洋，標(biāo)量場中的波紋有時是平靜規(guī)律的，但是有時卻是無序且具有破壞力的。

根據(jù)優(yōu)先發(fā)表于arXiv數(shù)據(jù)庫上的最新論文，早期宇宙中確實可能發(fā)生了這一事件。在宇宙膨脹后的短時間內(nèi)，再加熱啟動，宇宙中便充滿了粒子，而無序的標(biāo)量場便散布到其他區(qū)域，就如大西洋上空的颶風(fēng)那樣。

這一過程或許形成了示波器，也就是能夠長期存在的穩(wěn)定波紋。示波器能夠在任何情況下產(chǎn)生，例如，孤立波便是一種示波器。當(dāng)量子標(biāo)量場中的示波器形成時，他們也會產(chǎn)生他們自身的獨特粒子。

揭開謎團

雖然這些示波器并不真的直接參與任何粒子互動過程中，但是示波器本身能夠影響宇宙。這些示波器或許層游蕩于早期的宇宙中，并且，在很短的時間內(nèi)獲取了大量能量，形成了比其他場域或粒子家族中更強大的能量。

伴隨著這些波動與蕩漾，一些有趣的事情突然發(fā)生了。以示波器為例，這些波動與蕩漾或許形成了引力波，導(dǎo)致時空波動。當(dāng)示波器波紋在宇宙中前后晃蕩時，它們的極端能量撕裂了時空，形成了引力紋路。

當(dāng)示波器活動逐漸減弱后，由此形成的引力波卻會繼續(xù)存在，從而波及整個宇宙直到現(xiàn)在。盡管我們當(dāng)前還無法觀測到早期宇宙中的引力波，但是，通過LISA探測器（激光干涉儀空間天線）以及BBO（大爆炸觀測器），我們未來或許能夠觀測到。

如果這一示波器圖景是正確的，這便可能是形成引力波的膨脹機制。如果我們之后能夠觀測到這一波紋，我們將能夠了解第二階段宇宙形成時期的景象。

BY: Paul Sutter

FY: 秋

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