早期宇宙中较强的引力可能会解开一个宇宙学难题

一位物理学家在一篇新论文中提出，导致我们的宇宙在最早时刻迅速膨胀的暴涨时代可能与暗能量的现代时代有关，这要归功于宇宙的一个幻影成分，它随着宇宙的演化改变了引力的强度。

理解引力的传统方法涉及到爱因斯坦著名的广义相对论。

对于这样一个强大的概念来说，它可以解释从月球轨道到整个宇宙演化的一切，这是一个相当简单的概念。

宇宙的内容会导致时空的弯曲和扭曲，而时空的弯曲和扭曲决定了内容应该如何移动。

例如，一颗行星的存在扭曲了它周围的时空，导致其他物体在轨道上跟随，或者恒星造成的扭曲可能会偏离通过光的路径。

虽然广义相对论是研究引力的最简单方法，但它并不是唯一的方法。

另一种被称为标量张量理论的理论可以追溯到20世纪60年代初，是物理学家罗伯特·迪克和卡尔·布兰斯的工作，所以有时它被称为布兰斯-迪克理论。

在标量张量理论中，除了时空及其内容之外，还有第三个成分，称为标量场。

标量场浸泡了所有的时空，它的一项工作就是改变不同地点或不同时间的引力强度。

在普通广义相对论中，引力的强度是固定的；它只是牛顿的引力常数，永远不变。

无论你身处宇宙中的何方何地，一定量的质量和能量总是会以完全相同的方式扭曲时空。

但在标量张量理论中，这种情况可能会改变。

宇宙一侧的行星对其周围的时空的影响可能更弱，也可能更强，这取决于标量场的局部价值。

如果标量场本身发生演化，引力的强度也会随时间变化。

调谐宇宙。

在实验上，广义相对论和标量张量理论是等价的。

广义相对论已经越过了它所面临的每一个实验障碍。

但如果你采用标量张量理论，并简单地假设你的标量场有一个等于牛顿常数的常量值，那么你也会得到同样的结果。

但由于广义相对论比标量张量理论简单得多，而且没有已知的方法来区分它们，物理学家更喜欢爱因斯坦的经典理论。

除了有一个小问题：暗能量。

根据观察，宇宙的膨胀正在加速，但速度非常缓慢。

在广义相对论中解释这一点的唯一方法是在方程中包含一个宇宙常数，一个额外的值，它的值非常小，但不是完全为零。

宇宙学常量的这一特征困扰着大多数物理学家，因为它看起来非常不自然。

如果暗能量几乎具有任何其他价值，宇宙的膨胀早就会撕裂宇宙，使其无法维持生命(包括任何可以观察到它的人)，但它也不是完全为零。

“给方程增加额外的值”确实看起来很像标量-张量理论。

因此，自从天文学家在20世纪90年代末发现暗能量以来，物理学家们一直在努力寻找一种潜在的方法，让这个长期被抛弃的引力模型更自然地解释加速膨胀。

奇怪的是，当今时代并不是宇宙膨胀进入超速状态的唯一时期。

宇宙学家认为，在宇宙大爆炸的早期，宇宙经历了一段极快的膨胀时期，即所谓的膨胀。

你可能会想，早期的通货膨胀和现代的暗能量之间是否有联系，而且你不是唯一的一个。

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引力线。

现在，日本冈山大学跨学科科学研究所的物理学家吉村元彦提出，标量张量理论提供了通货膨胀和暗能量之间的直接联系。

在这个模型中，在预印本数据库arxiv上发表的一篇论文中，标量张量理论的标量场部分(张量指的是时空本身)在早期宇宙中要强得多，从而触发了暴涨时代。

在膨胀结束时，标量场减弱，并以标准模型的所有粒子(如夸克和电子)的形式释放能量。

至关重要的是，标量场永远不会消失。

随着宇宙的继续演化，它保持了一定的背景存在，同时形成了恒星和星系。

然后，在宇宙膨胀将所有物质稀释到足够低的水平后，标量场再次启动--但水平要弱得多--导致了当前的暗能量时代。

但是，尽管这是一个耐人寻味的故事，天文学家仍然需要检验这一假说。

值得庆幸的是，这个模型产生了许多潜在的早期宇宙遗迹。

例如，在这种情况下，引力在一些地方可能非常强大，以至于黑洞自发形成并存活到今天。

找到这些原始黑洞的证据将有助于支持这一想法。

另一种方法是寻找早期宇宙中的引力波，这些引力波是在膨胀完成后留下的。

天文学家可以通过在宇宙微弱的背景嗡嗡声中直接探测这些引力波，或者通过它们对所谓的宇宙微波背景的影响来寻找它们。

物理学家知道，暗能量和膨胀代表着我们目前知识的边界，只有像这样的激进建议--以及与之相伴的实验--才能帮助我们突破这一边界。

作者保罗·萨特