👟 🧑🏾 🤟 询问伊桑107号：通货膨胀与暗能量有关吗？ 🔐 ⏹️ 🥄

宇宙的指数膨胀现在正在发生，而另一场爆炸已经发生了很长时间。他们有关系吗？

不能买卖，借用或复制自然。它是无与伦比的，令人难忘的，无耻的，元素化的，像土与冰，水，火与空气，精髓，纯净的精神，不可分解为成分。
-杰伊·格里菲思（Jay Griffiths）

每个星期，当我们撰写有关宇宙本质的奇迹，有趣而艰巨的任务以及新发现时，您都有机会向我发送有关“问问Ethan”每周一期的问题和建议。尽管每周似乎有越来越多的问题，但仍然遇到有趣的问题。本周，荣誉约翰·帕什科夫（已经是第二次了），他问：

通货膨胀力和暗能量在某种程度上相关吗？如果有两种不同的力引起宇宙膨胀，那将是非常奇怪的。

就宇宙而言，正在发生的许多事情看起来非常奇怪，这是可以肯定的。

首先，宇宙正在明确地扩展。但是为此，她不需要任何权力。如果我们采用像我们这样的宇宙，那么它：

•在爱因斯坦广义相对论的控制下工作；
•充满物质，辐射和其他事物；
•在各个方向和所有位置都近似均匀，

您将得出一个有趣且令人不舒服的结论。爱因斯坦在相对论存在的头几年就首次提出了这一观点：相对于重力坍塌，这样的宇宙本质上是不稳定的。

也就是说，在不进行任何魔法更正的情况下，您的宇宙将扩大或缩小，并且这些可能性是等效的。她不能做的是保持不变。

当然，埃德温·哈勃（Edwin Hubble）的工作尚未完成。我们不仅不知道宇宙正在膨胀，甚至不知道天空中的这些螺旋形物体是否是我们银河系内部的物体，或者它们是否是独立的星系。因为爱因斯坦像当时的大多数人一样，更喜欢静态宇宙，所以他发明了一种特殊的临时校正来修正宇宙的稳定性：宇宙常数。

爱因斯坦相对论的思想是，方程具有两面：一方面具有物质和能量，另一方面具有空间和时间。她认为，物质和能量的存在决定了时空的曲率和演化，时空如何弯曲和演化，决定了其中每个物质和能量量子的命运。

宇宙常数的添加意味着“空间本身固有一种新型能量，使宇宙的结构以恒定速度膨胀”。因此，如果由于物质和能量的存在而使万有引力作用于宇宙的崩溃，那么可以利用这一宇宙学常数来扩展宇宙并获得一个静态宇宙。所需要做的就是使这两个值相等，以使它们相互破坏。

事实证明，宇宙正在膨胀，它不需要任何宇宙常数来抵消引力。在其原始位置，宇宙开始非常迅速地膨胀，这抵消了所有物质和能量产生的重力。宇宙没有压缩，而是在膨胀，膨胀速度减慢了。

自然会提出两个在1920年代的发现之后变得合乎逻辑的问题：

1.是什么导致宇宙在其早期如此迅速的扩张？
2.宇宙的命运将如何？它会永远扩展吗，它的扩展会变回崩溃，处于临界状态，还是会发生其他事情？

尽管有一个有趣的话题，威廉·德·西特（Willem de Sitter）几乎立即提出扩张是由于宇宙常数，但50多年来一直没有回答第一个问题。

最终，在1980年代初，宇宙膨胀理论出现了，这表明存在指数膨胀的早期阶段，当时非常让人联想到宇宙常数的东西支配着宇宙。

但这不可能是真正的宇宙常数，也称为真空能，因为宇宙不会永远保持这种状态。宇宙可能具有虚假的真空状态，这时它在太空中具有固有的能量，然后消失为低能量状态，导致物质和辐射的出现：热的大爆炸！

通货膨胀还做出了其他预测，其中四项已经得到确认，因此我们接受宇宙如此早期的存在。

关于第二个问题，关于宇宙的命运，我们发现了一些奇怪的东西。我们期望在初始的快速膨胀与影响所有物质和辐射的重力之间找到某种竞争，相反，我们出乎意料地找到了一种称为暗能量的新能量形式。你会怎么想？就像我们今天所了解的那样，这种暗能量看起来就像是一个宇宙常数。

但是，有两种类型的指数扩展，较早和较晚，它们的详细信息差别很大。

•宇宙早期的通货膨胀无限期地持续-可能是10 ^-33 s，也许几乎是无止境的，而今天的暗能量已经占据了60亿年。
•宇宙早期的通货膨胀非常快，宇宙膨胀比今天快10到⁵⁰倍。相反，今天，暗能量占膨胀率的70％。
•早期状态以某种方式与物质和辐射相互作用。如果量子场论对我们不起作用，那么在足够高的能量下，必须存在一定的“膨胀粒子”。晚期的暗能量不包含任何形式的相互作用。

但是有相似之处。

两者具有相同的状态方程，即宇宙尺度与时间之间的关系。

两者在GR中的能量密度和压力之间具有相同的关系。

两者都导致宇宙的指数膨胀。

但是他们有联系吗？这很难说。因为，当然，我们对它们的理解不够充分！就个人而言，考虑到通货膨胀，我想想象一下两升装一半的苏打水。我想象一滴油浮在瓶内液体的表面上。这种高能量状态类似于通货膨胀期间的宇宙。

然后发生某种事情，导致液体从瓶子中溢出。油以低能状态被送至底部。

但是，如果下降没有达到底部-不会保持为零，而是保持在某个最终标记处（例如对称断开时的希格斯场），则可能导致出现暗能量。连接这些场，通货膨胀场和暗能量场的模型被称为典型。

创建工作典型模型非常容易。问题在于创建两个单独的工作模型很容易-一个用于通货膨胀，另一个用于暗能量。为了使理论起作用，我们有两个新现象需要引入至少两个“自由参数”。它们可以连接，您不能连接，但是无法将这些模型区分开。

迄今为止，我们仅能排除某些类别的模型，这些模型的早期或晚期扩展率与观测值不一致。但这些观察结果与通货膨胀本身，暗能量来自完全不同的来源这一事实是一致的。我真的不喜欢谈论我们已经知道的通货膨胀发生在大约10 ^15的能量上的知识。GeV和暗能量-大约10 ^-3 eV的能量，然后解释“我们不知道它们是否已连接”-事实就是如此。

不幸的是，即使提出了所有建议的实验-James Webb，WFIRST，LISA和ILC-我们也不希望在不久的将来收到该问题的答案。仍然希望有理论上的突破。我本人直接从事这项工作，可以说我不知道什么时候可以发生。

询问伊桑107号：通货膨胀与暗能量有关吗？

宇宙的指数膨胀现在正在发生，而另一场爆炸已经发生了很长时间。他们有关系吗？

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