强大的新粒子，主宰初期宇宙，但最后消失了，怎么回事？

念佳泽

图：早期的宇宙抽象图及量子物理

当原始宇宙还处于第二阶段时，一种奇怪的超级粒子（实际上并不是粒子）主宰了整个时空，并释放出阵阵涟漪。这种被称为示波器的物质可能充满能量波，并释放出所谓的引力波，也就是超级黑洞吞并另一个黑洞时，产生的时空波动。未来，探测这些早期宇宙引力波的实验可能会给我们对从未预见过的极端宇宙条件提供启发。

变大

物理学家认为，当宇宙还处于初期阶段时，它在极短的时间内迅速变大。我们称这一戏剧性事件为“膨胀”，并且，这或许也是我们定义初期宇宙的可据事件。或许在某个时间，宇宙形成的那一刻，发生了一些事情（我们并不确定），促使其以超临界的膨胀速率成长，并且这一数值远高于此前的速率，大概达到10的52次方。

在这次膨胀事件之后，又发生了另外一些事（再次声明，我们并不确定）。后期发生的事件平息了此前初始宇宙快速膨胀的情况，并使其以平稳的速度继续膨胀，也就是当前宇宙的膨胀速度。

宇宙学家非常确定，这一超级膨胀事件发生在宇宙初期阶段，这是因为，我们当前所处的宇宙在很大的程度上仍然非常均匀。但是，快速膨胀事件或许造成了一些后遗症——抚平了所有纹路。

此外，天文学家已经获取到关于宇宙膨胀事件的间接证据。膨胀并不仅仅使得宇宙变大，它也促发了另一件大事，即再加热。无论是什么事件导致地球膨胀，但是最终，它都会消亡。当这一宇宙景象消亡时，触发宇宙膨胀的系统需要释放其剩余能量，这又产生了粒子涟漪，最终形成质子、中子、原子、分子、恒星、行星以及你我。

与此同时，在这一膨胀期间，宇宙万物如雨后春笋般涌现出来，包括时空中微小的量子波动，在时空中剧烈爆炸扭动后，形成宏观上的差异。这些量子波动意味着，宇宙中的一些区域拥有高于均值的引力。相反，具有更大引力区域汇集了材料碎片，这些材料碎片再数十亿年的时间内逐步成长，成为我们当前能够观测到的大型物体的前身。

并且，如果宇宙膨胀确实如科学家推测的那样，那么它可能还形成了更强大的物质。

摇一摇

关于触发宇宙膨胀的事件，物理学家有不同的观点。其中一种便是量子现象中横跨所有时空的标量场。作为一种花哨的表达方式，标量场便是指宇宙中的任何位置与区域都有价值或者力量，但是没有特殊指向（为帮助你了解这一概念，你可以类比当地天气预报中的温度地图，那就像我们所说的标量场）。在现代宇宙中，标量场基本上位播放器。但是，早期宇宙是一个完全不同的地方，在现代宇宙中稀少的标量场，在当时却是非常丰富的。确实，一些宇宙膨胀理论认为，正是这些标量场触发了宇宙膨胀。

你可以想象一个海洋表面的标量场。它向四周不断延伸，并超出了水平线，并且它还有多种搅动的波纹。正如我们所知的海洋，标量场中的波纹有时是平静规律的，但是有时却是无序且具有破坏力的。

根据优先发表于arXiv数据库上的最新论文，早期宇宙中确实可能发生了这一事件。在宇宙膨胀后的短时间内，再加热启动，宇宙中便充满了粒子，而无序的标量场便散布到其他区域，就如大西洋上空的飓风那样。

这一过程或许形成了示波器，也就是能够长期存在的稳定波纹。示波器能够在任何情况下产生，例如，孤立波便是一种示波器。当量子标量场中的示波器形成时，他们也会产生他们自身的独特粒子。

揭开谜团

虽然这些示波器并不真的直接参与任何粒子互动过程中，但是示波器本身能够影响宇宙。这些示波器或许层游荡于早期的宇宙中，并且，在很短的时间内获取了大量能量，形成了比其他场域或粒子家族中更强大的能量。

伴随着这些波动与荡漾，一些有趣的事情突然发生了。以示波器为例，这些波动与荡漾或许形成了引力波，导致时空波动。当示波器波纹在宇宙中前后晃荡时，它们的极端能量撕裂了时空，形成了引力纹路。

当示波器活动逐渐减弱后，由此形成的引力波却会继续存在，从而波及整个宇宙直到现在。尽管我们当前还无法观测到早期宇宙中的引力波，但是，通过LISA探测器（激光干涉仪空间天线）以及BBO（大爆炸观测器），我们未来或许能够观测到。

如果这一示波器图景是正确的，这便可能是形成引力波的膨胀机制。如果我们之后能够观测到这一波纹，我们将能够了解第二阶段宇宙形成时期的景象。

BY: Paul Sutter

FY: 秋

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