说起大爆炸,人人所知,但是大爆炸具体发生了什么呢?这就要扯到目前主流的被广泛接受的宇宙学理论-----暴涨理论。

所谓的暴涨理论,指在宇宙大爆炸发生后在一段时间(10-36 秒~10-32秒之间)里,宇宙以非常大的指数爆炸增长速率膨胀,在暴涨结束后,宇宙继续膨胀,但是膨胀速度则小得多。

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这个指数爆炸的程度到底有多猛呢?有个耳熟能详的例子可以很好地说明。

有一天,国王派人写了一张告示贴在大街上。告示的大意是:国王酷爱下棋,天下百姓不分贵贱,谁能在棋桌上赢过国王,国王愿意重奖,甚至让位于胜者。结果有位乞丐模样的人路过此地,看完告示后,当即表示愿意与国王比赛下棋,原来他是位家乡受水灾后迫不得已逃荒出来的穷秀才。

棋过三步,秀才的棋艺开始显露,国王渐渐招架不住。一个时辰过去,国王连输三盘,谦和地说:“这位秀才的棋术果然不凡,我甘拜下风。请问:你想要我奖励什么东西呢?是金银财宝,还是土地城池?”国王连输三盘,谦和地说:“这位秀才的棋术果然不凡,我甘拜下风。请问:你想要我奖励什么东西呢?是金银财宝,还是土地城池?”

秀才笑了笑,答道:“我一不要钱财,二不要土地,只需奖我一些麦粒,以救故乡灾民百姓的生命足矣!”

国王说:“那你打算要多少麦粒呢?”

秀才指了指棋盘说:“这张棋盘共有64个格,请你在第一格内放1个麦粒,依次下去,每一格内放的麦粒数是前一格的2倍,一直放满棋盘的64个格。陛下,您就把这些麦粒奖给我吧!”

国王看了看桌子上的棋盘,心想:这还不简单吗?便立即吩咐手下招办,但他很快就高兴不起来了,因为他惊愕地发现就算把全国所有粮仓里的麦子都拿来,也无法填满这个乞丐的棋盘。仓库里的麦子很快运光了,后来又用金银财宝顶替,结果,64格棋盘还没有按乞丐的要求“填满”。

那么这个乞丐的胃口有多大呢?他总共想要所需麦粒总数为:(2+2^2+2^3+……+2^64 =18446744073709551615)换言之约1844亿亿粒麦子,这些麦子的总质量能达到368万亿吨,相当于目前全球小麦总产量的52万多倍。打个比方,如果造一个仓库来放这些麦子,仓库高4公尺,宽10公尺,那么仓库的长度就等于地球到太阳的距离的两倍,换句话说,即使这个国王能控制今天地球上所有的小麦产地,他也要花超过五十多万年,才能把他欠这个乞丐的债全部还清。

仅仅64格棋盘已经让国王望而却步,那么我们的宇宙暴涨理论,到底夸张到什么地步呢?

答案是至少200格。也就是说,在创生后远远不足1秒钟的时间里,宇宙的总体积一下就膨胀了16000亿亿亿亿亿亿亿倍。这恐怕是一个你在现实生活中永远也不会听到的数字,16000后连续有7个亿!相当于两个人在一座两层高的小楼,一眨眼间小楼就变得和整个银河系一样大!两个人的距离瞬间扩大到以光年计算,简直难以想象!

那么我们再来讲讲发现这个暴涨理论的牛人。

1977年,美国康奈尔大学物理系来了一个籍籍无名的粒子物理学家。他没什么成就,再加上运气差,一直没能在一所研究型大学里找到助理教授的职位。无奈之下,他只好跑到康奈尔大学做他的第三期博士后。这个不得志的博士后就是暴胀学派的创始人阿兰·古斯。

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有趣的是,古斯刚开始并没有打算研究宇宙学,但是他在康奈尔遇到了改变他人生的一名中国人,这人也是一个同病相怜的第三期博士后,他是一个华人,名叫戴自海,戴自海一直劝古斯一起做宇宙学,到后来,古斯看到宇宙学开始崛起,便开始转战宇宙学。但是在研究过程中,戴自海却跑回中国参加了一个为期一个半月的学术会议,这是中国科学史上时机最差的学术会议,没有之一,而正是在两人分开后的这段时期,古斯做出了宇宙学历史上最重大的突破之一。等老戴重新回到康奈尔的时候,古斯已经离开康奈尔去了斯坦福,两人的合作也就此终止。

1979年12月,正在斯坦福大学工作的古斯形成了有关暴涨的思想,认为宇宙在极早期(大约10-35秒到10-33秒)经历了一个短期的加速膨胀阶段,并发现视界问题和观测不到磁单极的问题都能够通过暴涨得以解决。他把这个思想称为“惊人的悟觉”。暴涨思想一经提出就在宇宙学界引起巨大轰动,古斯也因此被聘为麻省理工学院物理系的客座副教授。1981年古斯正式发表了他的第一个暴涨模型,6月转为正式副教授。(可惜了,老戴)

古斯由于对暴涨的研究而获得1996年的爱丁顿奖章和2002年的狄拉克奖章,已经是美国国家科学院成员,被《新闻周刊》评为“25位最优秀的美国创新者”之一,并被《科学文摘》杂志评为“100位40岁以下最杰出的科学家”之一。(再次为老戴可惜)

那么我们再来讲讲这个暴涨理论。

暴涨理论解决了两个大问题:平坦性问题和视界问题。

所谓平坦性问题,举例说明,桌子表面是平坦的,皮球表面是弯曲的,这两个表面都是二维的。由于我们是从三维世界看二维,所以可以很直观地判断这些二维物体到底是平坦还是弯曲。但如果换成是一只生活在二维空间的小蚂蚁,它该如何判断自己所处的空间到底是平坦还是弯曲呢?这就是所谓的平坦性问题。

视界问题,就简单了,目前的天文观测表明,在足够大的尺度上,宇宙中物质分布地特别均匀,以致于到处看起来都一模一样,因此问题来了:为什么宇宙会这么均匀,以致于到处看起来都一样?

而暴涨理论搞定了这俩。

平坦性:假如给你一颗小玻璃球,你可以很快判断出它并不平坦。现在把这颗玻璃球变得和地球一样大,你还能很快判断出它并不平坦吗?事实上,我们每天生活在地球上,根本察觉不到大地其实是球形的。这意味着,半径越大的圆球,它的弯曲程度就越小。暴胀迅速放大了整个宇宙的尺寸,从而把宇宙创生之初的空间弯曲给抹平了。

视界:比如前面在小楼里的两个人,他们在小楼下写下一篇完全一样的论文,导师认为他们作弊,但是他们相距光年距离,是怎么做到的?暴涨理论通俗解释是后来暴胀使空间本身发生了极速的膨胀,从而让这两个人一下就相距了光年距离——但其实在一开始,他们就已经完成了信息的交流。

从1980年由阿兰·固斯提出暴涨理论起,该理论已经被科学界广泛接受。但是仍然有许多专家表达出反对的声音,认为暴涨理论缺乏实践检验和经验支撑。但是科学是不断在发展,未来或许真有新的理论替代,毕竟宇宙的神秘不仅仅如此。。。。。