如果說(shuō)原初核合成與2.73開氏度的CMB黑體譜一并證實(shí)了宇宙在童年時(shí)期的成長(zhǎng)歷程,那么CMB譜上這些微小的各向異性溫度漲落則為認(rèn)知宇宙在原初嬰兒時(shí)代的樣貌提供了一扇窗口,。
在之后的二十多年間,,美國(guó)宇航局的威爾金森微波各向異性探測(cè)器(WMAP)衛(wèi)星和歐洲空間局的普朗克(Planck)衛(wèi)星相繼發(fā)射升空。它們不僅使得CMB天圖的分辨率有了巨大提高,,還讓人類能夠接近大爆炸奇點(diǎn)這個(gè)物理理論的“禁區(qū)”,。
在順利通過諸多高精度天文實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)后,熱大爆炸學(xué)說(shuō)晉級(jí)為現(xiàn)代宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)理論模型。它描述的基本圖像為:大約138億年前,,我們的宇宙創(chuàng)生于一個(gè)時(shí)空奇點(diǎn)的大爆炸,。在漫長(zhǎng)歲月的洗禮下,它從極高溫的混沌狀態(tài)開始演變,,逐漸形成基本粒子,、核子,然后經(jīng)過原初核合成產(chǎn)生氫和氦的原子核,。之后約38萬(wàn)年,,宇宙中形成穩(wěn)定的中性氫原子與早期CMB。接著在原初密度漲落的影響下,,又逐漸形成由宏觀物質(zhì)構(gòu)建起來(lái)的大尺度結(jié)構(gòu)雛形,。到了宇宙4億歲時(shí),第一代恒星終于形成,,而最早的星系和類星體則誕生于大爆炸后約十億年,。從那以后,由星系和星系團(tuán)等構(gòu)成的宇宙大尺度結(jié)構(gòu)開始形成,。最終,,我們的宇宙演化到當(dāng)前由暗能量驅(qū)動(dòng)的加速膨脹狀態(tài)。
宇宙需要一個(gè)奇點(diǎn)嗎
在包含暴脹過程的熱大爆炸宇宙學(xué)中,,密度極大,、溫度極高的奇點(diǎn)不可避免。而反彈宇宙圖像中,,宇宙先是收縮,,然后反彈進(jìn)入熱大爆炸膨脹階段,避免了讓科學(xué)家頭皮發(fā)麻的奇點(diǎn)問題,。
宇宙的故事并非看起來(lái)這么簡(jiǎn)潔明了,,當(dāng)反演宇宙演化到剛剛呱呱墜地的嬰兒時(shí)期,熱大爆炸學(xué)說(shuō)本身就面臨著初始條件選取的困難,。比如說(shuō),,是什么導(dǎo)致了今天的宇宙在大尺度上均勻各向同性,而又具有各種星系,、星系團(tuán)等結(jié)構(gòu),?故事的開端——大爆炸奇點(diǎn)真的存在嗎?那一刻宇宙發(fā)生了什么,?人類在與熱大爆炸學(xué)說(shuō)如此匹配的CMB黑體譜上發(fā)現(xiàn)了微小的各向異性溫度漲落,,又意味著什么?
暴脹學(xué)說(shuō),,是一款為描述宇宙在原初時(shí)期動(dòng)力學(xué)而量身打造的宇宙學(xué)圖像,。它認(rèn)為,,在大爆炸后約10-36秒到10-32秒短暫的時(shí)間內(nèi),宇宙的單位空間尺度被放大約1080倍,。這相當(dāng)于瞬間把亞原子尺度的空間擴(kuò)張到了太陽(yáng)系尺度,,這樣可以抹平原初宇宙可能存在的不均勻性,于是很自然地解釋了我們今天看到的均勻宇宙,。不過,,本該存在于微觀世界的量子漲落也被拉扯到了宏觀尺度上,導(dǎo)致了CMB溫度漲落與原初密度擾動(dòng)的產(chǎn)生,,也為大尺度結(jié)構(gòu)的形成埋下了種子,。