我國學者提出「精靈反彈暴脹模型」解釋宇宙起源

06-22

【天之文注】文中「暴漲模型」應為「暴脹模型」，特此說明。

我國學者提出「精靈反彈暴漲模型」，解釋宇宙起源

新知

文·本報記者馬愛平

近日，從中國科學院高能物理研究所獲悉，該所研究員夏俊卿、副研究員李虹、研究員張新民與加拿大麥吉爾大學博士蔡一夫組成的宇宙學研究團隊在宇宙微波背景輻射和早期宇宙研究方面取得了新的進展，利用最新的宇宙學觀測數據發現，大爆炸前宇宙或源自收縮時空，相關成果發表在物理國際權威期刊《物理評論快報》上。

2014年3月18日，哈佛-史密森天體物理中心稱，南極BICEP2望遠鏡首次探測到來自宇宙大爆炸的原初引力波疑似信號。當代宇宙學研究表明，宇宙在極早期曾經歷過短暫的劇烈膨脹過程，稱之為暴漲，而原初引力波正是時空在這一時期產生的漣漪。在此理論框架下，宇宙學家相信原初引力波會在宇宙微波背景輻射中留下特殊的極化B模式信號，這很可能正是最近BICEP2望遠鏡探測到的。然而，這一結果與去年歐洲空間局Planck實驗衛星公布的第一批觀測結果存在著衝突，要麼實驗數據的準確性有待商榷，要麼有可能揭示了宇宙早期相關新物理的冰山一角。

中科院高能所宇宙學研究團隊，對最新的BICEP2的實驗數據與之前的Planck衛星數據進行分析，提出利用「精靈反彈暴漲模型」來為BICEP2與Planck實驗觀測提供統一的詮釋。

夏俊卿說，基於該模型預言的宇宙微波背景輻射溫度各向異性功率譜的壓低效應，使兩個實驗觀測在原初引力波上的結果趨於一致，其解釋了BICEP2和Planck實驗結果不一致的原因，使用該模型，原本兩個實驗數據結果之間的衝突就不存在了。此外，該模型還預言了宇宙微波背景輻射極化Ｂ模式功率譜的壓低效應，這可被將來的宇宙微波背景輻射實驗所檢驗。

據了解，「精靈反彈暴漲模型」是通過假設宇宙中有一種「精靈」物質從而將上述兩種理論——「暴漲」理論和「大反彈」理論結合起來的模型。在該模型中，宇宙首先由一個收縮的時空發生「反彈」，然後再進入暴漲階段，逐漸被觀測到。

夏俊卿說，從理論上講，該模型中宇宙演化的兩個階段——「反彈」和「暴漲」互相彌補了對方的缺點，「反彈」填補了「暴漲」之前宇宙演化的空白，「暴漲」為「反彈」的後續演化提供了可觀測的依據。「由於『反彈』之後宇宙一直在膨脹，越早期產生的信號離我們越遠，需要越久的時間被探測到。目前的觀測水平只能觀測到『暴漲』時期，如果將來能觀測到更早期的『反彈』時期信息，便是對模型的一種肯定。」他說。

宇宙早期相關問題是當前物理學和天文學的一大熱點課題。多年來，該宇宙學研究團隊逐漸建立起了一套「精靈反彈宇宙學」的理論新體系，並基於有效微擾場論的方法分析研究了來自宇宙創生時的擾動信息。

2004年，由高能所研究員張新民領導的宇宙學研究團隊提出宇宙中存在一種「精靈」物質，該物質能使宇宙演化速度發生較大的改變。2007年，該團隊提出了「精靈反彈宇宙學」的理論體系，認為「精靈」可完美地給出宇宙「大反彈」時的圖像。

夏俊卿說，該體系表明，在大爆炸之前宇宙源自於一個收縮的時空，在極端高能環境下宇宙的動力學會由於時空的量子行為而發生改變並觸發了大爆炸，這一學說有效避免了宇宙創生那一刻的時空奇點。

「時空奇點是一個體積無限小、密度無限大、時空曲率無限大的點，根據廣義相對論，在大爆炸發生以前，字宙的初始狀態為一奇點，而在『反彈』理論中，收縮宇宙若在到達奇點之前便發生反彈變成膨脹宇宙，便不會撞上那個可怕的奇點。此時的宇宙便好像一輛賽車，需要在撞上前方的障礙之前突然調頭並沿另一條路繼續前行，由於完成這一動作需要『賽車』的速度發生巨大的改變，非駕駛技術嫻熟的『賽車手』是無法完成的，而『精靈』正是能勝任這一任務的角色。」夏俊卿說。

該理論體系發表後，在宇宙學界引起了巨大的反響。此外，該團隊又分析了該模型在宇宙的早期產生的時空漣漪，以及宇宙微波背景輻射中的可觀測信號等等，並在國際權威綜述期刊《物理評論》上評述了精靈宇宙學。