科学家提出探索宇宙进化史的新方法 2017-05-01 12:13:19

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哈佛 - 史密森尼天体物理中心的新研究表明,振荡的重粒子在原始宇宙中产生“时钟”,可以用来确定产生宇宙的初始条件是什么

宇宙是如何开始的

大爆炸之前发生了什么

自从发现我们的宇宙正在扩张以来,宇宙学家就已经问过这些问题

答案并不容易确定宇宙的起点是隐藏在我们最强大的望远镜的视野之内

我们今天所做的观察可以提供宇宙起源的线索新研究提出了一种探索空间和时间开始的新方法,以确定哪些竞争理论是正确的

宇宙开始时最广泛接受的理论情景是通货膨胀,它预测宇宙在指数中以指数速率扩张

第一个短暂的一秒钟但是已经提出了许多替代方案,一些预测大爆炸之前的大嘎吱嘎嘎诀窍是找到能够区分这些情景的测量方法有关宇宙开始的一个有希望的信息来源是宇宙微波背景(CMB) - 大爆炸的残余光芒弥漫在所有人的身上这种发光首先看起来光滑而均匀,但仔细观察会有少量变化这些变化来自于宇宙诞生时存在的量子波动,随着宇宙膨胀而被拉伸

区分不同场景的传统方法寻找可能的痕迹在原始宇宙中,在CMB中产生的引力波“我们在这里提出一种新的方法,可以让我们从天体物理信号中直接揭示原始宇宙的进化历史

这种历史对于每种情景都是独特的,”共同作者新港说

哈佛 - 史密森尼天体物理中心(CfA)和德克萨斯大学达拉斯分校的陈先生虽然先前的实验和理论研究为原始宇宙的空间变化提供了线索,但它们缺乏时间的关键因素没有滴答作响的时钟来测量通道当时,原始宇宙的进化史无法阻止毫无疑问地开采“想象一下,你拍摄了一部电影的帧并将它们全部随机堆叠在一起如果那些帧没有标记时间,你就不能把它们按顺序排列原始宇宙是否紧缩或爆炸

如果你不知道电影是正在向前还是反向,你就无法区分,“陈解释说

这项新的研究表明存在这样的”时钟“,可以用来测量时间的流逝

宇宙的诞生这些时钟采取重粒子的形式,这是“一切的理论”的预期产物,它将统一量子力学和广义相对论它们被称为“原始标准时钟”亚原子重粒子将表现得像一个钟摆,振荡以普遍和标准的方式来回传递他们甚至可以在没有被推动的情况下进行量子力学这些振荡或量子摆动将作为时钟滴答,并在我们的类比“Ticks of these primitive”中为电影帧添加时间标签标准时钟将在宇宙微波背景的测量中产生相应的摆动,其模式对于每种情况都是独特的,“The Ko Ko的合着者Yi Wang说

恩科技大学然而,目前的数据还不够准确,无法发现如此微小的变化正在进行的实验应该会大大改善这种情况像CfA的BICEP3和Keck数组这样的项目,以及世界范围内的许多其他相关实验,将收集精确的CMB数据

同时他们正在寻找引力波如果来自原始标准时钟的摆动足够强大,实验应该在未来十年找到它们支持证据可能来自其他调查线,如宇宙的大规模结构的地图包括星系和宇宙氢由于原始标准时钟将成为“一切理论”的一个组成部分,找到它们也可以提供超出标准模型的物理证据,在地面上的碰撞器无法达到的能量范围内 这项研究详见陈新刚和Mohammad Hossein Namjoo(CfA / UT达拉斯)和王毅(香港科技大学)的论文(Quantum Primordial Standard Clocks)

它已被“宇宙学杂志”接受发表

和Astroparticle Physics,可在线获取资料来源:哈佛 - 史密森尼天体物理中心