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一组科学家提出了一个关于胀大世界的强有力新测验,该理论以为世界在大爆炸后的瞬间瞬间急剧胀大,研讨方针是深入研讨一个长期存在的难题:大爆炸之前的世界是什么姿态?尽管世界胀大因处理了一些关于世界结构和演化的重要谜题而出名,但其他十分不同的理论也能解说这些谜题。在其中一些理论中,大爆炸之前的世界状况(所谓的原始世界)正在缩短而不是胀大,因而大爆炸是大反弹的一部分。

博科园-科学科普:为了协助在世界胀大和其他观念之间做出挑选,不可避免地呈现了可证伪性的问题,即一个理论是否能够经过查验来潜在地证明它是过错的。研讨人员包含马萨诸塞州剑桥市天体物理学中心的艾维·勒布(Avi Loeb)。这引发了人们对世界胀大的忧虑,标明其看似无穷无尽的适应性,使得它简直不或许得到恰当的查验。可证伪性应该是任何科学理论的一个标志,现在的胀大世界局势是,这是一个十分灵敏的主意,无法经过试验加以证明。

不论人们用什么来衡量某种可观察到的特点,总有一些世界胀大模型能够解说它。现在,由CfA的陈新刚、勒布和哈佛大学物理系的钟志贤宇领导一个科学家团队,将他们所谓的“原始规范时钟”概念应用到非胀大理论中,并提出了一种或许被用来在试验中模仿胀大的办法,这项研讨将作为修改的主张宣布在《物理谈论快报》上。为了找到一些能将胀大理论与其他理论区别开来的特征,研讨小组首要确认了各种理论的界说性质——原始世界巨细的演化。

  • 艺术插图展现了原始规范时钟在不同原始世界理论中发作的信号形式,上部:大反弹,底部:世界胀大。图片:CfA/Zhong-Zhi Xianyu, Xingang Chen, Avi Loeb

例如,在胀大期间,世界的巨细呈指数增加,在其他一些理论中,世界的巨细会缩短,有些很慢,而另一些很快。到现在为止,人们提出用来丈量的特点一般很难区别不同理论,由于它们与原始世界巨细的演化没有直接关系,所以想找出哪些可观察到的特点能够直接与界说特点相关联。原始规范时钟发作的信号就能够到达这个目,那个钟是原始世界中任何一种重基本粒子。这样的粒子在任何理论中都应该存在,它们的方位应该以必定的频率振动,就像钟摆的滴答声相同。

原始世界并非完全一致,在极小的尺度上存在着细小密度不规则性,这些不规则性形成了今天世界中观测到大规模结构的种子。这是物理学家了解大爆炸之前发作工作所依靠的首要信息来历。规范时钟的滴答声发作信号被印在这些不规则结构中。不同原始世界理论中规范时钟猜测不同的信号形式,由于世界演化前史是不同的。假如把迄今为止咱们所知道关于世界大爆炸之前发作的全部信息都幻想成一卷胶片,那么规范时钟就会通知咱们这些胶片应该怎么播映。

没有任何时钟信息,就不知道电影应该向前仍是向后播映,快仍是慢,就像咱们不确认原始世界是胀大仍是缩短,以及胀大的速度有多快相同。这便是问题所在,当电影在大爆炸前拍照时,规范的时钟会在每一帧上盖上时刻戳,并通知咱们怎么播映这部电影。研讨小组计算了这些规范时钟信号在非胀大理论中应该是什么姿态,并主张在天体物理观测中应该怎么寻觅它们。假如发现一种表明世界缩短的信号形式,就会证明整个世界胀大理论是过错的。

这个主意的成功在于试验,这些信号很难探测到,所以咱们或许不得不在许多不同的当地进行查找。世界微波布景辐射便是这样一个当地,而星系的散布又是另一个当地,现已开端寻觅这些信号,现已有一些风趣的候选信号,但咱们需求更多的数据。未来的许多星系研讨,如美国主导的LSST、欧洲的Euclid以及美国宇航局新近同意的SphereX项目,有望供给高质量的数据,用于完成这一方针。

博科园-科学科普|研讨/来自: 哈佛史密森尼天体物理中心

参阅期刊文献:《物理谈论快报》,《arXiv》

Cite: arXiv:1809.02603

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