換句話說(shuō),從我們今天看到的CMB溫度漲落,,到星系、恒星,、地球,乃至我們自己,,都是由嬰兒時(shí)期宇宙中的量子漲落演化而來(lái),。因此,在暴脹學(xué)說(shuō)中當(dāng)前宇宙的均勻性以及大尺度結(jié)構(gòu)的形成得到了十分自然的解釋,,我們不再需要為熱大爆炸宇宙設(shè)定各種苛刻的初始條件,。
然而,大爆炸奇點(diǎn)在暴脹學(xué)說(shuō)中依然是不可避免的,。這意味著,,暴脹本身是不完整的理論:我們不知道暴脹如何開始,也不知道在暴脹之前發(fā)生了什么,。在這個(gè)背景下,,一系列替代理論應(yīng)運(yùn)而生,其中最具代表性的就是反彈宇宙學(xué),。
實(shí)現(xiàn)反彈宇宙圖像的理論模型有很多,,例如加拿大麥吉爾大學(xué)的羅伯特·布蘭登伯格教授與英國(guó)樸茨茅茨大學(xué)的大衛(wèi)·沃茲于1999年提出物質(zhì)反彈模型,、中國(guó)科學(xué)院高能所張新民研究員及其團(tuán)隊(duì)于2007年提出的精靈反彈模型等。在筆者和多位同事的多年努力之下,,藏在這些模型背后的反彈宇宙學(xué)擾動(dòng)理論逐漸成型,,并揭示了反彈學(xué)說(shuō)同樣可以解釋熱大爆炸宇宙學(xué)所面臨的初始條件疑難。在這類理論圖像中,,大爆炸之前的宇宙處于一個(gè)收縮過(guò)程,,體積越來(lái)越小,直到某一時(shí)刻宇宙收縮到一個(gè)極小值,,然后反彈進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)的熱大爆炸膨脹階段,。由此可見,反彈學(xué)說(shuō)的提出,,不僅繼承了熱大爆炸宇宙學(xué)的成功之處,,還避免了那個(gè)會(huì)讓宇宙學(xué)家頭皮發(fā)麻的時(shí)空奇點(diǎn),。因此,,它進(jìn)一步推動(dòng)了熱大爆炸宇宙學(xué)的理論發(fā)展。
驗(yàn)證起源學(xué)說(shuō),,原初引力波說(shuō)了算
CMB中的原初B模偏振可以幫助構(gòu)建宇宙最初的模樣,。但人類一直沒有找到它??茖W(xué)家已在智利和南極展開或規(guī)劃CMB觀測(cè),,我國(guó)阿里原初引力波望遠(yuǎn)鏡也將瞄準(zhǔn)這一“宇宙級(jí)”問(wèn)題。
宇宙在極早期所經(jīng)歷的究竟是哪一種過(guò)程呢,?暴脹,,反彈,抑或二者的結(jié)合,?對(duì)于研究極早期宇宙的物理學(xué)家來(lái)說(shuō),,一個(gè)至關(guān)重要的任務(wù)就是通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)區(qū)分。上述模型給出的理論預(yù)言,,正好可以通過(guò)對(duì)CMB的高精度測(cè)量來(lái)加以檢驗(yàn),。
由于宇宙早期光子與電子會(huì)發(fā)生湯姆森散射,CMB光子不僅攜帶著前文提到的黑體譜和溫度漲落的信息,,還會(huì)有偏振狀態(tài),,它們形成兩種截然不同的圖樣:電場(chǎng)型E模式和磁場(chǎng)型B模式。
宇宙學(xué)家在研究CMB的偏振漲落時(shí)發(fā)現(xiàn),,原初宇宙中的張量擾動(dòng)(即原初引力波)可以直接導(dǎo)致CMB擁有B模式的偏振信號(hào),。換言之,尋找原初引力波的B模偏振,,能為極早期宇宙的研究提供線索,。