宇宙早期或有短暫二次膨脹

畫家構思的宇宙短暫二次膨脹
目前流行的大爆炸理論認為,宇宙早期擴張呈指數形式,稱為「膨脹」,整個時空從一個極熱而緻密的點向外膨脹,成為一個均勻的、仍在不停擴張的大宇宙。但美國能源部布魯克海文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)等機構一些科學家認為,宇宙早期可能還有一個較為短暫的二次膨脹時期,這種假設或許能解釋宇宙中現有暗物質數量過多的問題。

暗物質不以任何明顯方式與普通物質相互作用,科學家通過萬有引力效應估計,暗物質佔宇宙全部質量的四分之一,而普通物質只佔半成。暗物質才是宇宙的主要內容。一些理論能簡潔地解釋暗物質,但卻不被廣泛接受,因為它們預測的暗物質數量比有實驗支持的更多。為了讓理論符合實驗,研究人員給廣泛接受的時空起源事件增加了「二次膨脹」這一步。

按標準宇宙學說,宇宙膨脹始於時間開始後的10至35秒,這種空間的整體暴漲只持續不到1秒,隨後是一個持續至今的冷卻期。在幾秒到幾分鐘大致冷卻得差不多時,較輕元素開始形成。論文作者之一、布魯克海文實驗室高能理論小組負責人霍曼·戴伍迪亞索(Hooman Davoudiasl)說,在這些重要事件之間,可能還有一次膨脹,它不像第一次爆炸那麼劇烈,卻可以「稀釋」暗物質,使宇宙中的暗物質密度最終成為今天這樣。
  
研究人員在線發表在《物理評論快報》上的論文稱,開始時,在一個較小空間裡溫度飆升超過攝氏十億度,暗物質粒子彼此接觸而湮滅,把能量傳給標準物質粒子(如電子、夸克)。隨著宇宙繼續膨脹變冷,暗物質粒子碰撞大大減少,湮滅速度跟不上膨脹速度。在這個點上,大量暗物質開始出爐。暗物質間的相互作用很弱,自我湮滅在早期溫度下降後就變得效率低下,使其數量固定下來。暗物質間相互作用越弱,最後留下的暗物質數量就越多。

戴伍迪亞索說,這種理論提出了一種簡單模型,能平衡早期宇宙膨脹的短缺,解釋宇宙中現有暗物質的數量過多問題。當然這不同於標準宇宙學,但宇宙可能不受我們認為的標準控制。

【圖:布魯克黑文國家實驗室;文:節錄自國家航天局網頁 ;新聞訊息由林景明提供】

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