天文科普:宇宙誕生之初模樣--1萬億攝氏度的密集“膨脹團”
來源:新浪科技
發布時間:2021-06-30
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  對宇宙一小片物質(不足質子的100萬(wan) 分之一)的超高分辨率模擬揭示了宇宙最初存在的結構,證實宇宙誕生時最初結構是密集的“膨脹團”。

  在大爆炸之後的最初幾萬(wan) 億(yi) 分之一秒,宇宙是一個(ge) 高溫、密集區域,溫度超過1萬(wan) 億(yi) 攝氏度,雖然科學家們(men) 無法直接觀察到這一時刻,但他們(men) 可以利用高性能計算機模擬重現該情景。

  該最新模擬實驗比以往任何時候的實驗更加詳細,呈現了宇宙誕生之初引力是如何導致被稱為(wei) “膨脹體(ti) ”的量子粒子聚集在一起,結果首次顯示了膨脹團是如何形成複雜而密集的結構,它們(men) 的重量在幾克至20公斤之間,大約比一張郵票重,但比一頭牛犬的體(ti) 重輕,聚集在一個(ge) 比基本粒子還小的空間中。

  奧克蘭(lan) 大學物理學教授理查德·伊斯特說:“該模擬實驗首次足夠清晰地顯示宇宙的詳細結構,科學家能夠破譯宇宙初期結構的大小和形狀範圍,此外,研究結果與(yu) 一個(ge) 已有近40年曆史的簡單理論模擬完全匹配,我們(men) 正在揭曉宇宙早期這個(ge) 難以置信的複雜階段,人們(men) 對它的理解才剛剛開始。”

  該實驗模擬了宇宙誕生膨脹末期的狀況,在該時期宇宙體(ti) 積急劇膨脹,當時宇宙僅(jin) 包含能量和膨脹體(ti) ,膨脹體(ti) 是一種由大爆炸後充滿宇宙空間的能量場形成的量子物質。物理學家認為(wei) ,模擬實驗中看到的膨脹結構是大爆炸後能量場漲落造成的,同樣的磁場很可能創造了現今宇宙中數十億(yi) 光年直徑的大規模星係結構。

  在模擬實驗中看到的充滿膨脹體(ti) 的宇宙致密結構可能不會(hui) 持續太長時間,因為(wei) 它們(men) 可能在不足1秒的時間內(nei) 就變成了基本粒子,但由於(yu) 它們(men) 的高密度性,其密度是周圍空間的10萬(wan) 倍,它們(men) 的運動和相互作用可能在時空結構中產(chan) 生稱為(wei) 引力波的漣漪。最新模擬實驗將幫助科學家精確計算這些引力波可能有多強,這將有助於(yu) 未來的實驗在宇宙中尋找類似的漣漪。

  同時,這些膨脹體(ti) 也可能在自身重量作用下坍塌,形成宇宙中首個(ge) 黑洞,即原始黑洞。一些科學家認為(wei) ,此類黑洞很可能是暗物質的候選者,暗物質是宇宙中一種神秘物質,迄今科學家未直接觀測到,但它構成了當今宇宙85%的物質。物理學家們(men) 在模擬實驗中未發現任何黑洞,但他們(men) 計劃下步展開時間更長、更詳細的模擬實驗,從(cong) 而揭曉暗物質和黑洞的神秘麵紗。

  伊斯特說:“原始黑洞具有一定研究價(jia) 值,它可能有助於(yu) 發現黑洞的新特征,也為(wei) 測試模型提供新的方法,由於(yu) 一些原始黑洞會(hui) 持續存在於(yu) 現今的宇宙中,發現一個(ge) 原始黑洞將有助於(yu) 驗證科學家們(men) 關(guan) 於(yu) 宇宙初期的特征狀況。”3月22日,他和研究同事將該研究報告發表在《物理評論D》雜誌上。(葉傾(qing) 城)

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