新模型揭示宇宙大爆炸初期热量的来源

据新科学家报道，在宇宙大爆炸之后的瞬间，宇宙以惊人的速度膨胀，仿佛被冷冻剂瞬间冻结。这一过程让宇宙变得空旷而寒冷。约翰·哥布林，这位来自美国俄亥俄州甘比尔凯尼恩学院的专家，将其形象地描述为“膨胀是瞬间冷冻剂”。仅仅几分钟后，能量光子在一个温度高达1010开尔文的密集辐射环境中被灼烧和压缩，这是物质产生一连串事件的初始阶段。这些热量究竟从何而来呢？

一种假设是，这些能量驱动了膨胀过程，但同时也可能围困在场内。在20世纪80年代，物理学家们推测“膨胀场”可能会转化为辐射，使得宇宙内部充满热量。但这个模型显示这一过程过于缓慢，无法解释我们所观察到的物质产生。

另一种获取围困能量的方法则是引入第二个场——无论是已知类型的场还是理论上存在的新场——与膨胀场相结合。当两者产生的共振使能量脱离膨胀场并形成能量粒子时，就像声波在共振频率下使玻璃振动直至破碎。这种被称为预热的模型能更好地解释辐射的释放，但仍然只能产生一半的能量。

哥布林和他的学生J·塔特·德斯金斯通过探索将膨胀与电磁场结合的方式，建立了一个迄今为止最高效的预热模型，该模型能将能量直接转化为光子。他们的模拟显示，通过这种方式，膨胀场能够沉积96%的能量变成光子。这意味着早期宇宙主要以辐射为主，正如哥布林所言，这一理论预测为我们提供了一个检验模型的方法。美国麻省理工学院的理论物理学家阿兰·古斯教授指出，如果光子接受了膨胀的能量，它们可能会在原始磁场里留下独特的痕迹。这将为我们提供一个检验该模型的实际途径。