膨胀理论

深蓝色的畅想

宇宙学家研究宇宙大爆炸后残余辐射的细节结构发现，我们处于一个不平衡的宇宙。近日两名宇宙学家显示数据表明宇宙是略微弯曲的，类似于马鞍形状。如果他们的模型是正确的，这将颠覆人们“宇宙是平的”的观念。
       2004年，美国宇航局威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）对宇宙微波背景辐射（CMB）的精确测量提供了这种不平衡性的首批证据。有的专家怀疑这或许是系统错误，如果利用WMAP的继任者，欧洲太空局普朗克宇宙飞船进行更高精度的测量，那么这些错误将被纠正。然而今年年初普朗克探测器的结果证实了这种不对称性。
       为了解释这种不对称性，英国爱丁堡大学的安德鲁·利德尔（Andrew Liddle）和玛丽娜·科尔特斯（Marina Cortês）提出了一种新的宇宙膨胀理论——假设宇宙大爆炸后经历了快速膨胀期，也可称为暴胀期，宇宙在一秒分之几的时间内长大了几个数量级。
最简单的膨胀理论认为，宇宙是平的，它的膨胀主要由名为膨胀的单一量子场所驱动。在这个模型里，膨胀有两方面的作用：它引发宇宙膨胀过度并产生微小的密度波动，后者逐渐放大并形成星系的种子。
       然而这个版本的膨胀理论无法解释宇宙的不均衡性，只能作为一种统计学上的意外情况，这类似于，例如投掷硬币1000次，头面向上的次数多过数字面。利德尔表示，如果宇宙微波背景辐射的不均衡性并非统计学上的意外，那么，它有望提供一个一窥早期宇宙细节结构的窗口。
       因此，利德尔和科尔特斯对膨胀理论进行了修改，正如之前的理论学家们一样，他们引入了第二个量子场—弯曲场（curvaton），以设定婴儿宇宙的原始密度波动，要不然我们换个词。 从而使得暴胀成为膨胀过度期的唯一驱动力量。
       研究人员显示，如果宇宙空间在较大尺度上有微小的负曲率，那么科学家将能够观察到弯曲场会产生不均衡的密度波动。这意味着如果大三角形能够在宇宙中“拉平”，那么内部角度将增加到接近180度。在扁平宇宙里，这个角度将精确的达到180度，且在正曲率的情况下，这个角度甚至超过180度。这项研究发表在最新一期的《物理评论快报》上。
       这项研究首次利用基本原理解释了宇宙不平衡性，美国教堂山北卡罗来纳大学的理论学家阿德里安娜·埃里科克（Adrienne Erickcek）这样说道，她并没有参与这项研究。在利德尔和科尔特斯的模型里，CMB的不对称性源于弯曲场里较大规模的宇宙缺少统一性。早在2008年，埃里科克和同事也提出了一个类似的模型，但该模型没有涉及负曲率宇宙。
       尽管大量观察表明，宇宙确实是平的，但最新模型预测的CMB数据的偏差——虽然作者承认这有推测的成分——可能太小以至于仍属于普朗克卫星测量的范围以内，利德尔这样说道。孰是孰非，只有等未来更精确的实验测量结果来决定。