图解时间简史(人人都可以读懂的霍金)

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恒星、星系的生成，量子波动引起密度波动 量子波动 现在人们认知的宇宙有无数的星系，星系集结成 群形成星系团，星系团聚集形成超星系团。我们前面 说过，这种构造是在宇宙最初期形成的密度波动成长 起来的结果。但是，又有一个问题相应而生，密度波 动是什么时候、是怎样形成的呢？这个疑问长时间来 一直没有得到解决，而这是暴胀理论可以解开的又一 个谜团。 暴胀是空间爆发式地扩大，即使在空间中存在凸 凹不平的区域，在大范围内，乍一看去也是平滑的。 可是从微观世界来看，根据微观世界的法则——量子 力学可知，在暴胀时会不断地生成极小的凸凹。量子 力学中所有的量都没有确定的值，都在不停地波动， 我们将它称为量子波动。正是这种微小的波动导致密 度波动，恒星和星系等从而得以产生。 星系形成 早期宇宙的暴胀真是一件非常好的事情。它产生 了一个非常巨大的“均匀”的宇宙，却又不是完全均 匀。理论预言，早期宇宙很可能是稍微不均匀的。这 些无规性在从不同方向来的微波背景强度上引起小的 变化。 我们假定产生宇宙斥力的是暗能量，它的能量引 起了宇宙暴胀。暗能量也会因量子波动而在不同地方 能量稍有差别，能量高的地方比能量低的地方膨胀剧 烈，并随着空间的不断扩大能量密度变小。暴胀结束 时，生成了能量密度波动。能量密度波动经过长时间 的成长，形成现在的星系团、超星系团等宇宙构造。 探寻暴胀的直接证据，重力波背景辐射 暴胀产生重力波 爱因斯坦的广义相对论中描述，重力是时空的扭 曲。像海面上的波浪一样，这个时空扭曲在空间中传 播，就是重力波。用基础粒子的知识来看，电磁波是 称为光子的基础粒子成群运动形成的，而重力波是称 为重力子的基础粒子成群运动形成的。 暴胀引起暗能量及其他所有基础粒子产生量子波 动，重力子也在暴胀时生成。重力子在与其他基础粒 子的反应上比中微子更强，在暴胀结束后就完全不与 其他物质发生反应，而且在以后直到现在仍然不与任 何物质发生反应的持续它的宇宙之旅。这就是充满宇 宙的重力子背景辐射，我们称之为重力波背景辐射。 重力波的观测 科学家们用干涉计来检测重力波的存在。干涉计 是把激光用半透明镜片分成两束光线，让其各自反射 后返回原点并再次重合的装置。如果有重力波通过， 两束光线的路径长度改变，引起或者不引起光特有的 干涉现象，由此便可以检测出重力波。如果能发现重 力波背景辐射，它将成为宇宙开始发生过暴胀的直接 证据。 科学家目前面临的主要问题是，尽管设备已相当 精确，但仍无法保证光束不受其他外界因素影响。为 最大限度降低地球引力对实验产生的影响，防止光线 因激光产生的温度而改变路径，科学家们不断对仪器 进行改进。尽管科学家们至今还没有找到重力波存在 的直接证据，但他们相信证明重力波的存在只是时间 问题。P222－224