更新时间:2023-02-08 10:21:40点击:来源:Cosmicxx.com
一个非常早期宇宙的新模型提出,引力子,即引力的量子力学力载体,在普通物质有机会开始之前,就已经用暗物质淹没了宇宙。
该提议可能是连接现代宇宙学中两个最大的突出难题的一种方式:暗物质的性质和宇宙膨胀的历史。
许多宇宙学家认为,当宇宙非常年轻时(即不到一秒钟的时间),它经历了一段令人难以置信的快速膨胀时期,称为暴胀。这个暴胀时期对宇宙的未来演化至关重要,因为那令人难以置信的膨胀将时空的微观量子涨落变成了有朝一日会变成恒星、星系和星团的种子。
实际的膨胀事件相当神秘。例如,宇宙学家不知道是什么引发了暴胀,是什么驱动了暴胀,它持续了多长时间或什么时候关闭。)但这张总体图是唯一可以解释宇宙微波背景(余辉光)中发现的模式的图。模式形成于宇宙38万年前)和宇宙中物质的大规模分布。这些模式的统计数据与我们在量子涨落中看到的相符,这让宇宙学家有信心假设存在联系。
在通货膨胀结束时,宇宙比以前大得多。但也空荡了许多,之前宇宙中的所有东西,都被抛到了很远的地方。剩下的只有一件事:不管是什么推动了通货膨胀,但最终失去了动力。宇宙学家称这种驱动力为暴胀,他们认为这是一个浸透了整个太空的量子场。
当暴胀结束时,暴胀衰减,宇宙中充斥着我们今天看到的各种粒子。在许多方面,通货膨胀是真正的大爆炸。如果你想象一个空荡荡的宇宙突然充满了粒子爆炸,那么就是这样。
沉默的暗物质
当暴胀结束时,它触发了所有已知粒子的产生。因此,据推测,同一事件也制造了暗物质。宇宙学家不确定暗物质是由什么构成的,但大量证据表明它是一种新的、未知的粒子。不管这个粒子是什么,它占宇宙中所有物质的80%以上。
物理学家花了几十年的时间寻找暗物质粒子和正常物质之间直接相互作用的任何迹象,但无济于事。如果暗物质确实是一个粒子,那么它真的非常不喜欢与正常物质交谈。这种未检测到暗物质对于暴胀的故事来说是相当烦人的,因为如果暗物质不与普通物质对话,那么暴胀就没有理由在早期宇宙中与普通物质一起产生暗物质。
现在,赫尔辛基物理研究所的一对物理学家提出了一种新机制,可以在早期宇宙中产生大量暗物质,即使暴胀不喜欢产生暗物质。而这种新机制完全依赖于重力。
物理学家在预印本数据库arXiv的一篇论文中概述了这种机制,假设暴胀和暗物质不相互交流,因此暗物质粒子在暴胀结束时不会以正常方式产生。
相反,研究人员检查了暴胀在衰变前的行为。在暴胀结束时,就在暴胀消失并产生我们宇宙的粒子动物园之前,暴胀像一个刚刚滚下陡峭山丘但尚未安定下来的球一样在宇宙中晃动。
宇宙学家将此步骤称为暴胀衰变的预热阶段,它可能会引发一些疯狂的物理学。例如,在这个短暂的阶段,重力本身可能起主要作用,允许暴胀连接到暗物质粒子。在这种情况下,引力采取其假设的量子力学力载体引力子的形式。通常,引力子不参与粒子反应,但物理学家找到了一种方法,让它出现在接近暴胀结束的预热阶段。
两人发现,当引力子出现在这一时期的粒子相互作用中时,它可以为暴胀子衰变成暗物质粒子提供通道。当暴胀最终消失时,这些暗物质粒子在其他正常物质紧随其后之前就已经存在于宇宙中了。
这种机制只有在空间正在做一些有趣的事情时才有效,比如在膨胀期间迅速膨胀。因此,当暴胀最终削弱了宇宙的创造能力时,暗物质粒子就消失了。
物理学家调整了他们的模型,以创造出宇宙观测所需的适量暗物质。但是,这仍然是理论上的工作。最重要的是,物理学家并不确定重力如何与粒子相互作用。这就是量子引力的体系,一种小尺度的强引力理论,是现代物理学的当前圣杯。因此,对于他们的工作,该论文的合著者不得不对重力在这些尺度上的运作方式做出很多假设。
不过,这个想法很有趣,因为它为早期宇宙提供了一种产生大量暗物质的方法,并且让这些暗物质(基本上)不再与正常物质对话。
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