82、暴涨的宇宙（1/2）

科学的逻辑82、暴涨的宇宙：准备有声小说在线收听

大爆炸的膨胀宇宙模型与天文观测的精确相符使它成为标准宇宙模型，它解释了哈勃红移、背景辐射以及化学元素在宇宙中的比例等现象。但是随着对大爆炸标准模型的深入分析，一些缺陷也逐渐显露出来。除了大爆炸理论存在一个体积无限小的奇点外，主要的问题是平坦性问题、视界问题和磁单极子问题。现在的宇宙曲率几乎为零，这代表宇宙平均密度与临界密度几乎相同，而伴随着宇宙的膨胀，任何对临界密度的偏差都会被时间放大，但如今的宇宙仍然是平坦的，这种极端的巧合让我们相信背后一定有其它的原因。

由于信息传递速度不能超过光速，宇宙中相互远离的不同区域之间应该没有因果联系，这与背景辐射的各向同性相矛盾。大爆炸模型同样不能理解为什么观测不到磁单极子。这些疑难被古斯的一个简单而优美的想法解决了，温伯格在看到这一想法时的第一个反应是遗憾：“为什么我没有想到”。

1981年，古斯发表了他的暴涨学说，他认为，如果在大爆炸初期，宇宙存在一个指数级的暴涨过程，在一个极短的时间内，宇宙尺度从一个比质子还小的区域内迅速膨胀到10厘米左右的大小，如果极早期的宇宙中真的存在这样一个过程，就可以自然的解决三个疑难。

空间本身的膨胀速度可以不受光速的限制，但即使在暴涨过程中，宇宙中的物质相对其所在的空间，运动速度也是无法超越光速的。通过暴涨模型，可以计算量子涨落导致的时空大尺度结构，并且可以在背景辐射的精细结构中留下痕迹，如今对宇宙中星系分布以及对背景辐射细节的观测进一步支持了暴涨学说，因此宇宙诞生初期的暴涨阶段几乎可以肯定确实发生过了。

早在1917年，德西特就发现了带有宇宙学常数的广义相对论的一个解，它描述的就是指数膨胀的宇宙模型，当时并没有人重视这个结果，而如今，德西特的模型成为古斯暴涨学说的理论基础。暴涨的另一个理论基础来自于大统一理论，尽管统一强力、弱力及电磁力的大统一理论还没有明确的实验验证，物理学家们却已经迫不及待的将它应用于宇宙学领域了，在极早期的宇宙中，量子理论与引力效应同时存在且不可忽略。大统一理论可以给出暴涨的具体机制，从而有可能通过宇宙学的观测数据间接证明大统一理论。

极早期宇宙的暴涨过程最初是为了解决大爆炸模型的困境想象出来的，但很快获得了观测数据的支持，而且暴涨过程也可以找到它的理论机制，理论与观测数据的支持使暴涨从纯粹的想象成为一种科学的理论。大统一对称破缺的能标为10的15次方GeV，能量高于这个能标与低于此能标时的真空状态是不同的，宇宙会从SU（5）对称性破缺为SU（3）×SU（2）×U（1）对称性，强相互作用力与电弱相互作用分离，它们变得可以区分了。