问伊森:暗能量能否导致宇宙生命周期的重复?

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与我们的宇宙的开始有些超自然的相似之处-宇宙膨胀时期,并通过暗物质的加速膨胀来确定宇宙的最终命运。 您将不由自主地开始思考它们是否相关。 本周,我选择了安德鲁·吉列特(Andrew Gillette)提出的一个读者问题,问:
如果永恒的通货膨胀是真的,那么暗能量是否可以成为回到原始状态的先兆?

这不仅是可能的,暗能量并不取决于永久性通货膨胀理论的正确性。 让我们从宇宙诞生之前的阶段开始,并为它的进攻做好准备:宇宙膨胀。


宇宙的温度到处都是一样的,即使在天空的因果独立部分

当熟悉的,充满物质和辐射的宇宙开始存在时,它的某些初始特性非常奇怪,从原则上讲,不必一定是那样。 它在空间上是平坦的,在任何具有相同温度的地方,都没有超高能量的遗迹,并且它具有高密度和低密度区域的非常特殊的图像。 宇宙可能具有这种性质,但是宇宙膨胀的思想是,如果宇宙以指数膨胀期开始,在此期间空间具有内部能量,然后这个时期结束,那么大爆炸将具有这种性质。 。 正确计算此想法的所有结果花了很多年,甚至花费了更多时间从CMB波动数据中得到证实。 但是现在,宇宙通货膨胀是我们所证明的第一个过程。



永久性通货膨胀是一种基于您可能很少考虑的财产的通货膨胀概念。 通常,任何自然的瞬态过程(例如,热水从液体变成气态的水壶)都会同时在几个位置发生,这些位置会膨胀然后合并在一起。 在沸水的情况下,我们将其称为“渗滤”,即在下方出现的小气泡,沿向上一直聚集在一起,当它们到达地面时,它们已经变大了。 但是通货膨胀存在一个问题:那些通货膨胀还没有结束的地区继续呈指数增长,这阻止了通货膨胀结束的地区“渗透”。 因此,我们观察到的宇宙应该出现在通货膨胀结束的整个泡沫内部,而不是出现在几个泡沫相互融合的情况下。



但是在光谱的另一端,存在着宇宙膨胀加速的事实。 最好的解释是对空间本身固有的小能量的解释,它对应于我们所能获得的最高精确度的实测现实:我们称之为暗能量。 这种能量无处不在,在所有地方都同样存在,并且非常小:如果通过爱因斯坦的E = mc 2将其转换为质量,则每立方米相当于一个质子。 但是空间不仅巨大,而且还在扩大! 因此,随着时间的流逝,这种暗能量变得越来越重要,结果,在80亿年之后,它导致了宇宙膨胀的加速,后来成为了主导能量。



这两个时期可能看起来有所不同:通货膨胀和开始扩张后的某个时间加速扩张。 确实,能量的阶差相差约10120倍,即极高! 但是它们都处理着空间本身固有的能量,它们都导致宇宙组织以指数方式膨胀,并且随着时间的推移,从膨胀情况下的几分之一秒到暗能量情况下的数万亿年,它们将带走所有未连接的东西成为一个整体结构。 试图结合这些过程的模型太多了,被称为精华。

那么,宇宙重复其存在循环的可能性是什么? 到目前为止,有两个不错的候选人。



1)如果暗能量是一个宇宙常数,那么它可以证明是通货膨胀时期开始时的剩余能量。 在这种情况下,没有理由不能随时间衰减到更低的能量状态。 也许这会产生大量极小的质量的粒子,例如中微子,轴突或什至更奇特的东西,它们很可能能够在足够大的时间尺度上团结在一起,形成恒星,行星甚至人类的类似物。 仅仅因为它对我们来说是不可访问的,并不意味着这是不可能的,即使在未来几年内,这也是宇宙在长时期内可能的命运之一。

2)暗能量可能不是宇宙学常数,但是随着时间的推移它会增加强度。 在这种情况下,它将继续增长,这将导致一个“巨大差距”的场景,其中宇宙的每个相互连接的结构最终将被打破。 但是根据埃里克·加维瑟(Eric Gawiser)的剧本,很可能在最后一刻-当空间本身即将破裂时-这种空间固有的能量,无法与通货膨胀区分开,将过渡到炙手可热的大爆炸! “复原的”宇宙的场景不仅对于我们遥远的未来,而且对于我们的过去,都可能是现实。因此,宇宙可能比它看起来更古老,甚至可能无限古老!



到目前为止,我们可获得的最佳证据表明暗能量是宇宙学常数,即 方案2不起作用。 如果没有较低的能量状态,则将排除第一种情况-但是到目前为止,我们没有足够的信息来排除其中的任何一种。 如果必须选择的话,我会说过渡到较低能量水平的可能性更大,但是我们的数据更好地支持了暗能量作为真正的宇宙学常数的想法。 但是,在确定这一点之前,有必要为任何机会做好准备!

EUCLIDWFIRSTLSST 任务将帮助我们以更高的准确度测量暗能量,这应该为所提到的两种可能性提供支持或反对的论据,并且理论上高能物理学的发展可以为我们提供更多有关第一种可能性的信息。 无论如何,对安德鲁问题的答案是,在一个类似于通货膨胀的国家之后,暗能量可以预示着炙手可热的大爆炸的到来,但这并不取决于通货膨胀本身的永恒本质!

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN402231/


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