上一篇我們(men) 論述了宇宙大爆炸理論的是如何被提出和以及發現科學證據的過程，但大爆炸理論在解決(jue) 早期宇宙學的一些難題的同時，隨著觀測技術的進步，也在某些觀測上產(chan) 生了很難解釋的問題。

這幾個(ge) 問題分別是視界問題、平坦性問題和磁單極子問題，下麵會(hui) 一一講述大爆炸理論的完善和補充——美國物理學家阿蘭(lan) ·古斯提出的暴脹理論是如何解決(jue) 它們(men) 的。

宇宙的暴漲，指的是早期宇宙極短時間內(nei) 的一種空間指數級膨脹的過程，在大爆炸後10−36秒開始，持續到大爆炸後10−33至10−32秒之間，暴脹之後，宇宙繼續膨脹，但速度低了很多。暴漲將普朗克尺度內(nei) 宇宙發生的量子漲落，在普朗克時間內(nei) 迅速地放大，使之成為(wei) 未來宇宙結構成長的種子，這一定程度上解釋了今天依據巡天計劃構建的宇宙大尺度結構。

宇宙大尺度結構暗物質網

暴漲的機製雖然仍不是很清楚，但暴脹理論卻解決(jue) 了一些大爆炸理論棘手的問題，同時給出的多項預測也被觀測證實，其中的視界疑難和宇宙空間平坦性問題都在觀測上有明顯證據支持。

視界問題

視界問題來源於(yu) 宇宙中任何信息傳(chuan) 播的速度都不可能超過光速這一前提，但目前可觀測宇宙邊界之外的宇宙在第一次被我們(men) 觀測到後發現，原本兩(liang) 個(ge) 無任何因果關(guan) 係的區域，竟有如此近似的3k背景輻射和趨於(yu) 一致的時空曲率，是什麽(me) 在之前給它們(men) 這一致的“信息交流”呢？

可觀測宇宙是宇宙在有限的時間內(nei) 兩(liang) 個(ge) 無因果關(guan) 係區域的邊界，也叫做粒子視界，可觀測宇宙邊界發出的輻射是否能被觀測和我們(men) 目前的科技手段無關(guan) 。

目前的半徑（固有距離）為(wei) 465億(yi) 光年，但它的邊界相對我們(men) 的退行速度仍然在光速以內(nei) ，這意味著未來會(hui) 有更多的宇宙區域成為(wei) 可觀測宇宙的一部分，讓原本沒有因果關(guan) 係的宇宙區域產(chan) 生關(guan) 係。

關(guan) 於(yu) 幾種宇宙的大小，包括粒子視界、未來視界和哈勃視界等大小在以後的文章會(hui) 加以說明區分。

暴脹理論假定，宇宙的所有區域在早期階段都是同一處，這一階段具有很高的真空能量，也就是宇宙常數，隨即微觀宇宙指數級的膨脹將同一相近的區域迅速地分開到可觀測宇宙之外，在未來隨著它們(men) 移入可觀測宇宙之內(nei) 而被我們(men) 觀測到。

宇宙暴漲發生在大爆炸後一段極端的時間內(nei)

宇宙常數，愛因斯坦曾為(wei) 穩住自己以為(wei) 的“靜態宇宙”模型而引入場方程的一個(ge) 變量，不過隨著哈勃發現宇宙膨脹的事實，他也隨即放棄該變量。如今這個(ge) 當初被愛因斯坦稱為(wei) “一生中最大的錯誤”的常數，在現代宇宙學中又複活了。

簡而言之，暴脹理論認為(wei) 目前沒有因果關(guan) 係的兩(liang) 個(ge) 宇宙區域在極早期宇宙是有“交流過的”，隻不過被暴漲強行分開了。

平坦性問題

宇宙“平不平”？取決(jue) 於(yu) 宇宙總物質能量密度和臨(lin) 界密度的關(guan) 係，通過觀測遙遠的星體(ti) ，以及對微波背景輻射細微的各向異性的研究，科學家認為(wei) 我們(men) 的宇宙是一個(ge) 無邊的平坦宇宙，即時空曲率整體(ti) 趨向於(yu) 0，也極可能是無限的。

三種可能的宇宙三維結構，研究顯示整個(ge) 宇宙的大三角形內(nei) 角和仍然接近180°

然而問題在於(yu) ，宇宙早期任何一個(ge) 偏離臨(lin) 界密度的微小擾動都會(hui) 隨著時間逐漸放大，但宇宙現在近0的空間曲率必然要求極早期的宇宙空間曲率更接近於(yu) 0，那什麽(me) 導致了那時候混亂(luan) 又充滿不確定性的宇宙基本上是“完全平直”的呢？

暴脹理論對此的解釋為(wei) ——暴脹的空間在極短時間內(nei) 將產(chan) 生的任何微小曲率都抹平了，試想稍微褶皺的一張紙，突然給它的麵積增長億(yi) 兆倍（假設能增長），那我想它在顯微鏡下也將光滑無比。

磁單極子問題

磁單極子的問題涉及到大統一理論，粒子物理學和宇宙大爆炸等諸多領域。大統一理論認為(wei) 在宇宙大爆炸的極早期特高溫的環境，自然界已知的幾種力會(hui) 統一在一個(ge) 強度值，但膨脹的宇宙快速降溫，“大統一”狀態會(hui) 被破壞，相關(guan) 的量子物理性質會(hui) 產(chan) 生類似水冰一樣的相變，自發地破壞對稱性。這種相變和自發對稱性破缺，會(hui) 使得時空某一很小的區域變得不穩定，成為(wei) 一個(ge) “拓撲缺陷”。

關(guan) 於(yu) 上麵說的相變、對稱性破缺和拓撲缺陷，盡最大努力地隨意想象理解，其實際情況在不同的理論中都有不同的解釋，有些甚至隻是微分方程上的一個(ge) 解，並沒在實驗中觀察到。

這種“拓撲缺陷”在理論上的計算性質和理論預言的磁單極子極其相似，也就是說宇宙早期在大統一被破壞後應該產(chan) 生了大量的應該可以被探測到的磁單極子，但目前仍然未觀測發現到這種像電子承載電荷一樣單獨存在的磁荷承載體(ti) ，科學家隻能認為(wei) 磁單極子產(chan) 生的實際並不多，是什麽(me) 導致了這樣？

單獨存在的磁荷

暴脹理論認為(wei) ，和抹平空間中的曲率相類似，宇宙空間指數級地暴脹也幾乎消除了這種所有的“拓撲缺陷”，導致磁單極子生成的很少很少，甚至是壓根沒有。

結論

暴脹理論自1980年由阿蘭(lan) ·古斯提出以來，作為(wei) 大爆炸理論的補充，在科學界是被廣泛接受的，但其中帶來的一些疑點——比如暴漲的機製是什麽(me) 也還在不確定中，所以也存在一些批判的聲音。

目前也有一些用來解釋視界疑難和平坦性問題的替代理論，但和暴脹理論相比缺少更多的觀測和實驗證據檢驗，所以暴漲理論仍然是大爆炸理論最有力的補充。

科學不等同於(yu) 尋求絕對無誤的真理，而是在現有基礎上，摸索式地不斷接近真理，科學的發展史是一部人類對自身認識偏差的糾正史。你可以質疑一切問題，但請小心求證，連求證都沒有就給予徹底的否定，那隻能證明你的無知無畏。

圖片來源網絡，侵刪。



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