宇宙的模样——宇宙大爆炸(2)

宇宙的模样——宇宙大爆炸

（3－2）

（3）图组：（3－1）古思对狄基的问题产生了浓厚的兴趣（3－2）华裔物理学家戴自海

日常生活中见到的磁铁都有两个极：南极和北极。如果我们把一个磁铁棒从中间切开，我们会发现切出的两段还是各自有南极和北极，而不会只有一个磁极——磁单极。

1979年，古思等人在研究中发现，宇宙大爆炸中，在极高的温度下，有可能产生非常多的磁单极，并且会一直存留到现在。但是，尽管人们曾用实验去寻找，却一直没有找到。古思这样解释这种结果：磁单极产生后，宇宙发生了一次极迅速的指数式膨胀。

一般地说，由于引力的作用，宇宙膨胀的速度会随着时间流逝而变慢。但是，古思认为在形成磁单极的时候，宇宙中可能有一种特殊的能量，能够使膨胀的速度不变，这样就会发生指数膨胀。所以宇宙的体积在非常短的时间内就变得非常大了。

已经产生的磁单极个数不变，而宇宙空间的体积在指数膨胀中却迅速增大，于是磁单极变得很稀少，不会再与实验结果相冲突。 古思为这种发生在宇宙早期的指数膨胀起了个名字，叫作“暴胀”。

“暴胀”在英文中的原意是指把气球吹胀，后来泛指某些数字迅速变大。在经济学里，把它译为通货膨胀。在宇宙学界，现在一般译为暴胀（图4）。

（4）古思“暴胀”理论图示

这时古思回忆起一年前狄基的报告，他意识到，为了解决磁单极问题而提出的暴胀理论，其实也可以解决狄基的宇宙几何问题:如此剧烈的膨胀会把原来弯曲的空间拉直，就好像我们用力拉一块褶皱的橡皮膜，可以把它拉平一样。因此，如果在宇宙的极早期发生过一次暴胀，那么我们可观测的这部分宇宙几何就非常接近平直空间了。

暴胀把原来很小的空间拉伸成很大空间，原来小空间上十分明显的测不准效应造成的涨落也被保留下来，成为大尺度上的不均匀性，这也正是我们今天看到的星系的种子。

尽管暴胀理论可以解释一些理论上的重大疑难，但它究竟是否正确，还需要用观测加以检验。按照暴胀理论，我们可观测的这部分宇宙的几何非常接近平直，所以物质的密度应该等于临界密度，那么，这个预言是否符合观测呢?

暗物质与暴胀

我们用望远镜能直接看到星系中恒星发出的光，根据这些星光我们可以推断宇宙中恒星贡献的物质密度。这个密度只有临界密度的百分之一左右。当然，我们知道恒星之间以及星系之间都分布着一些气体。但即使把这些星际物质，或是气体与尘埃贡献的密度加添进来，把所有这些加在一起，总密度也不超过临界密度的百分之五。