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宇宙学

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矢量膨胀指明了道路

20 Feb 2008

您’我必须热爱物理幽默。纪念情人’上周的一天,费米实验室’一家内部杂志刊登了一个欺骗性的个人广告,内容是:“具有坚定观察支持的成熟范式寻求一种可以嵌入其中的基本理论”。这是指通货膨胀—认为已经发生了指数膨胀的时期10–35 大爆炸之后,尽管可以解释宇宙的大规模出现,但仍缺乏牢固的理论基础。

碰巧的是,同一天,三位理论家在报纸上发表了一篇论文。 arXiv 预印服务器,可以帮助纠正这种情况。德国慕尼黑路德维希·马克西米利安斯大学的Viatcheslav Mukhanov及其同事提出了一种模型,其中通货膨胀由矢量场驱动,而不是像现有模型那样由标量场驱动(arXiv:0802.2068v1)。尽管他们的模型不能从根本上解释通货膨胀,但已知自然界中存在矢量场,而标量场却不存在。

光滑平整

1980年代初开发的通货膨胀通过使宇宙膨胀至少10倍来消除大爆炸后立即出现的各向异性30 在几分之一秒内。如果没有通货膨胀,宇宙学家很难解释为什么无论看起来如何,宇宙看起来大致相同,或者为什么宇宙的几何形状基本上是平坦的。

但是基础理论有点 特别指定。在大多数模型中,早期宇宙的快速膨胀是由“negative pressure”当标量场的势能从一种状态下降到较低状态时产生。该场中的量子涨落与被称为自爆的零自旋的基本粒子相关联,它会被炸毁成宇宙尺度,并产生密度扰动,后来引起物质聚集成星系。

“我们的模型不是比标量场通胀更好的模型,但它也不差。” 路德维希·马克西米利安斯大学的Viatcheslav Mukhanov

这张图片最近获得了对宇宙微波背景中热点和冷点分布的测量的有力支持。但是物理学家从未见过自旋为零的粒子,因此对充气的微观起源没有真正的线索。

另一方面,基本向量场—导致产生旋转粒子—已知存在于自然界中:例如光子和W和Z玻色子。问题在于矢量场倾向于“pick”空间的首选方向,因此破坏了通货膨胀’最大的卖点。 Mukhanov和他的同事现在已经通过调用几个向量克服了这个问题,这些向量平均后会导致几乎各向同性的宇宙。

随机方向

根据美国塔夫茨大学(Tufts University)的拉里·福特(Larry Ford)的说法,他在1980年代后期试图建立矢量-充气模型时就遇到了各向异性的问题,新模型类似于气体中的压力。“气体由许多分子组成,每个分子都有特定的速度,但是将各种分子的作用平均后,结果就是各向同性的压力达到了非常高的精确度,” he explains.

“我们的模型不是比标量场通胀更好的模型,但也不差,”穆罕诺夫说,他是最早计算出充气场波动的人之一。“另外,该模型使我们能够在膨胀膨胀过程中获得一定量的各向异性,从而可以改变所产生的扰动,从而在宇宙微波背景下具有观察性的烙印。”

由于该模型需要许多沿随机方向定向的矢量场以产生大规模宇宙所需的各向同性,因此其预测在很大程度上取决于这些场的质量分布方式,这不是理想的特性。好处是,存在极小质量的场自然会导致宇宙加速和膨胀的当前阶段,尽管团队成员Alexey Golovnev很快指出标量场也可以完成这项工作。

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