新模型揭示宇宙大爆炸初期热量来源

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新模型揭示宇宙大爆炸初期热量来源

新科学家报道，在宇宙大爆炸发生后的瞬间，宇宙以指数的方式扩张，这个过程被称为膨胀，它导致宇宙空旷并寒冷。“膨胀是瞬间冷冻剂，”美国俄亥俄州甘比尔凯尼恩学院的约翰·哥布林（John Giblin）这样说道。几分钟之后，能量光子被一个密集的辐射大汽锅以1010开尔文的温度灼烧并压缩，这也是产生我们现在所看到的物质的一连串事件的第一阶段。但问题是，这些热量是从何而来？
这些能量驱动膨胀过程是一种可能性，但它可能会在过程终止后围困在场内。在20世纪80年代，物理学家提出这种“膨胀场”可能会衰变成辐射，导致宇宙内部充满了热量。但这个模型显示该过程非常慢，以至于无法产生我们现在所观看到的物质。
另一种获得围困能量的方式是引入第二个场——一个已知类型的场或者一种理论上存在的新场——与膨胀场相结合。产生的共振会导致能量脱离膨胀场并形成能量粒子，类似于声波在共振频率下会导致玻璃振动直到它破碎。
这些被称为预热的模型更好的解释了辐射的释放，但从场里产生的能量却只有一半。哥布林和学生J·塔特·德斯金斯（J. Tate Deskins）通过寻找一种将膨胀结合电磁场的方式，建立了一个目前为止最高效的预热模型，它会将能量直接变成光子。
他们的模拟显示，按照这种方式，膨胀场能够沉积96%的能量变成光子。这足够保证早期宇宙主要以辐射为主，正如预测的一样，哥布林这样说道。美国麻省理工学院理论物理学家阿兰·古斯(Alan Guth)教授表示，如果光子接受了膨胀的能量，它们可能会在原始磁场里留下一个样式，从而提供了测试该模型的方法。