
从普朗克望远镜获得的早期宇宙图像中可以看到一个奇怪的图案:灰线右边的天空部分的温度波动大于灰线右边的天空部分的温度波动。
如果我们的宇宙在存在的第一秒急剧增长时撞向了相邻的宇宙,那么这种碰撞将留下痕迹。
马修·克莱本(Matthew Kleban)相信,他在现有的最详细的宇宙黎明照片中观察到的就是这样的踪迹。 卫星图像
证实了从上一张照片得出的结论:年轻空间的一半比另一空间粗糙。
由于尚无关于宇宙存在的头一刻发生的情况的其他信息,因此,克莱本(Kleban)与数十位宇宙学家-理论学家一起,正试图根据新的粒状线索来汇总空间起源的历史。
纽约大学物理学副教授Matthew Kleban和研究生Marjorie Shillo讨论了两个宇宙气泡的碰撞克莱班说:“当它们相互碰撞时,产生了冲击波,波及整个宇宙。” 这样的波浪-如果这正是图片所显示的-将作为多重宇宙假设的证明,这是一个众所周知但未经证实的想法,即我们的宇宙只是在巨大真空中产生的无限数量的宇宙之一。
大多数宇宙学家认为,这条线索可能是错误的。
大学物理学和天文学教授
马克·卡米恩科夫斯基 (
Mark Camionkowski)说:“这是一场高风险的游戏。” 约翰·霍普金斯(John Hopkins)提出了大爆炸的几种新模型,解释了两半空间之间的不对称性。 “我们想进一步了解宇宙的起源,但自然不会给我们太多线索。” 卡米恩科夫斯基说,不对称“可能证明是统计偏差,或者可能只是冰山一角”。
每个人都会判断时间或棘手的测试。
我们宇宙的不对称性可以追溯到遗迹辐射中-从宇宙大爆炸之后的380,000年,宇宙变成透明的那一刻起就留下了余辉。 直到那时填充空间的带电粒子的雾都充分冷却,使其凝结成中性原子,并释放出可以不受阻碍地首次传播的光。 在过去的几年中,欧洲航天局的普朗克卫星已经收集了一个来自各个方面的50兆像素的光图像,接收到的每个光子的温度都记录在130亿年前的发射温度中。

宇宙学家认为,“大爆炸”时期的量子涨落在指数增长(即通货膨胀)期间一直延伸,并变成了冷热的地方,成为了星系和空隙的种子。
遗物辐射显示,这个拥有380,000年历史的宇宙的温度几乎是均匀的,并且与平均温度相比仅偏离了十万分之一。据认为,相对寒冷和炎热的区域-未来星系和空洞的种子-来自量子涨落,随机宇宙存在之初,在指数增长过程中爆发的能量爆发被称为通货膨胀。
宇宙学家希望将此过程追溯到其发生的原因。
缺乏关于物理学如何在新生宇宙中存在的极端高温和压缩状态下工作的想法,物理学家使用了该事件的“玩具模型”:充满整个空间的充气场在大爆炸后约10
-36 s进入了不稳定状态,这导致了10
78次的空间膨胀,此后,膨胀场在10
-30 s后再次趋于稳定。 根据此模型,宇宙应该均匀地伸展,并变成CMB中冷热区域的均匀随机斑点分布。 但是数据驳斥了这一观点。
Kamionkowski解释说:“一方面,冷热补丁比另一方面热和冷。”
威尔金森微波各向异性探测器 (WMAP)首次发现证据,表明CMB的一半在2007年的波动大于另一种。 但是,这可能归因于测量误差。 普朗克图加强了这一证据,并更详细地显示了波动,这使物理学家可以放弃一些解释并提出其他解释。
最好在最大尺度上看清楚宇宙温度波动的不对称性,以及美国领土上的地形差异。 科罗拉多州一平方米的土地并不比印第安纳州一平方米的丘陵多,但随着科罗拉多州山脉和山谷的增加,其可见性大大提高。 Kamionkowski小组的博士Donghu Jong说:“天空的一部分可以想象成印第安纳州,另一部分可以想象成科罗拉多州。” -这些波动非常奇怪。 很难想象它们为什么会出现。”
一些宇宙学家认为,这是一个统计偏差。 这种不对称可能在宇宙诞生时偶然出现的可能性在0.1%到1%的范围内-大约与连续八次抛硬币尾巴的可能性相同。
加州理工学院的宇宙学家
肖恩·卡罗尔 (
Sean Carroll)说:“如果我花钱,我会押注波动。” -但关键是我们不是在赚钱。 如果这些信息告诉我们有关早期宇宙的一切,那将是极其重要的。”
宇宙学家已经提出了几种相互竞争的理论,解释了大爆炸期间和之后发生的事件如何造成这种不对称性。
很少有人相信通货膨胀突然出现的玩具模型可以完全解释是什么导致了宇宙。 假想的“万有理论”告诉我们,该场可能是空间的最小化附加维度之一,这是一个弦理论,其中很可能应该有多个充气场。 英国兰开斯特大学的宇宙学家
约翰·麦克唐纳 (
John MacDonald)在arXiv.org上的一项研究中指出,如果在通货膨胀结束时和暗物质形成之后第二个
曲线场衰减,则两场模型可以解释遗迹辐射的不对称性。
作为《物理学评论》(Physical Review D)杂志上
一篇文章的另一种解释,卡米昂科夫斯基及其同事计算出,不对称性可能是由于宇宙中不同地方的某些宇宙学参数的变化引起的。 Kamionkowski说,一种最可能的模型描述了参数从宇宙一端到另一端变化6%,“与观测值相当吻合”。 该参数可能与各种时空缺陷有关,根据一些理论,这些缺陷可能会导致通胀。

或者,正如Kleban和他的同事在《
物理评论D》及其后续工作中发表的
一篇文章中所示,不对称可能是由于两个宇宙或我们宇宙的两个点的剧烈碰撞而出现的。 在多元假设中,气泡常常必须彼此靠近并碰撞。 气泡还可以在围绕扭曲的空间尺寸扩展时发生碰撞(可以想象圆柱体表面上生长着一个圆)。 这种碰撞可能会引发通货膨胀。
克莱班说,如果能在遗迹辐射中看到这种碰撞产生的冲击波,这将是支持多元宇宙理论的明确证据。 但是,最有可能的是,冲击波的边缘在宇宙的可观察部分的地平线后消失了,而在自身的后面,好像是一艘过往的船只,在光的湍流中消失了。 在普朗克地图上,可以描绘出这种痕迹的拉伸残留物。
这些残留物“将影响我们观察到的最大结构,”克莱本说。 它们的大小应该随着宇宙的膨胀而增加,这应该导致类似于科罗拉多州和印第安纳州之间的地形差异的影响。
由于随后的每个通货膨胀模型都对古代光的偏振方向做出了预测,因此CMB的新“偏振图”将有助于从假设中选择正确的。 目前,理论家需要根据可用数据调整其大爆炸理论。 克莱班说:“由于缺乏合适的技术,总会有无法证明的事情。” “您只需尝试并尽力而为。”