这个奇形怪状的气块,很可能是138亿年前的最早宇宙结构

大约138亿年前,我们的宇宙诞生于一次大爆炸。在大爆炸之前,宇宙还是一个奇点,所有的物质都集中在一个没有体积的点内。它拥有着无限高的密度、温度和时空曲率,能让所有物理法则失效。而这,就是宇宙的起点。
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(图片说明:宇宙大爆炸假想图)
宇宙大爆炸&暴胀期不知道是什么原因,这个奇点突然发生了爆炸,将所有的物质释放出来,我们的宇宙正式诞生了。在大爆炸的一瞬间,宇宙的温度高达1.4亿亿亿亿摄氏度。随着宇宙开始膨胀,这个温度也在不断下降。刚刚诞生的前1万亿分之一秒的时间里,宇宙都处于极其混沌的状态,并且温度仍然维持在1万亿摄氏度以上。
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在大爆炸后,宇宙进入了一个非常诡异的时期——暴胀期。这是宇宙急剧膨胀的一个时期,膨胀的速度令人惊愕。在不到10^-33秒的时间内,宇宙膨胀了2^100倍!
宇宙在暴胀期的惊人膨胀速度至今仍然令人百思不得其解,科学家们推测,那时候宇宙中还没有任何物质,只有能量和暴胀子。暴胀子是一种非常特殊的标量场以及与这个场相耦合的微观粒子,充斥在婴儿宇宙中,它就是导致宇宙进入暴胀期的根本原因。
在暴胀期结束后,暴胀子就消失了。在今天的宇宙中,我们已经找不到暴胀子了,而这个概念目前也仅仅是个假设。
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对于如此早期的宇宙中所发生的事,科学家们一直充满了好奇,却又苦于无法亲眼去见证,所以只能通过各种现代手段进行研究。最直接的就是粒子对撞机,通过极端的环境模拟出极端的宇宙状态。除此之外,也有科学家们利用计算机模拟,试图再现当时的宇宙。
暴胀子团块最近,国外科学家们对暴胀期进行了一次模拟,发现了当时宇宙中的一种神秘结构。在急剧膨胀的模拟婴儿宇宙中,他们看见了一个诡异的暴胀子团块,这或许就是宇宙最早的结构。
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(图片说明:本次研究中发现的诡异团块)
为了获得迄今为止最为详细的模拟结果,研究人员使用了非常强大的计算机来进行模拟。结果令人兴奋,他们以超高的分辨率看到了此前科学家们从没有看到的结果,还能够理解这种婴儿宇宙中诡异结构的大小和形状,并且还验证了40年前的一项理论。
这个奇形怪状的气块,很可能是138亿年前的最早宇宙结构】在模拟的过程中,研究人员看到了在宇宙刚刚形成的时候,引力是如何将这些暴胀子约束成一个个团块结构的。这种团块结构是科学家们以前从来都没有意识到的,它们的重量看起并不大,从几克到20公斤不等,比一张邮票重一点,最重和一只哈士奇差不多。
然而,这种团块非常密集,这些质量都被集中在比基本粒子还要小的空间内。毫无疑问,这种团块非常诡异,也非常复杂。
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(图片说明:模拟结果的细节图)
上图是本次模拟的一张细节图,时间就是宇宙暴胀期结束后的一瞬间。在这个时期,宇宙中充斥着这样的暴胀子团块。左上角的图片展示的是初始状态,右侧的图像则是最终的状态。图像中的区域已经被放大到了初始状态体积的1000万倍,但是仍然比一个质子还要小得多。左下角展示的是其中一个比较大的团块,更是远不如质子的体积,但质量却有20公斤。
40年前的理论奥克兰大学物理学教授Richard Easther是本次研究的合作者之一,他兴奋地说:“我们正在揭示最早期的宇宙中这种令人百思不得其解的复杂阶段,这是人类正确理解这段时期的第一步。”
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不仅如此,他还指出,这次模拟结果除了让我们发现了此前从没有见识过的结果,也和差不多40年前的一项理论不谋而合。
研究人员认为,本次模拟中所看到的这种团块,或许是宇宙大爆炸的一瞬间所产生的能量场波动所形成的。直到今天,我们还能看到这种能量波动的结果。在一百多亿年前那个原始的宇宙,这种能量场的波动看起来是在相对更小的空间内出现的,但是随着宇宙的膨胀,这种波动造成的结果也在更大的空间尺度上展现出来。科学家们已经在宇宙中观测到了很多极其巨大的宇宙结构,有的甚至直径达数十亿光年,这就是早期宇宙的能量场波动导致的。

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