本文全文发表在《中国国家天文》2008年第8期，请勿转载

10。暴胀宇宙

什么是暴胀呢？这是宇宙膨胀的一种特殊状态，这时宇宙的膨胀不减速而是加速，宇宙早期在仅仅10^-34秒内，宇宙的大小就增加了至少10²⁰倍。在暴胀结束后，宇宙继续膨胀，但膨胀速度逐渐降低，看上去就象标准的大爆炸。古思最初提出暴胀理论是为了解决所谓磁单极问题，后来他又发现暴胀还可以解决传统大爆炸宇宙学中的所谓视界问题和平坦问题。这里限于篇幅，只简单介绍一下平坦问题。

所谓平坦问题，又涉及我们刚才提到的宇宙临界密度问题。如果宇宙的物质密度不是正好等于临界密度的话，随着宇宙的膨胀它会离临界密度越来越远。在古思提出暴胀理论的时候，人们对宇宙平均密度的测量还不太准确，但已经知道与临界密度最多差几倍，那么在更早期的时候这个密度应该非常接近临界密度。为什么早期的时候宇宙密度应该非常接近临界密度？在传统大爆炸理论中这是无法回答的。

在暴胀理论中这个问题迎刃而解。由于宇宙早期发生过暴胀，暴胀期间把弯曲的时空“抻平”了。比方说，也许宇宙的空间几何本来是封闭的、有限的，但是发生暴胀后整个宇宙体积增大了如此多倍，以至于我们今天能够观测到的部分（也就是粒子视界以内的部分）只是整个宇宙的一小部分，宇宙的真正空间曲率半径远远大于粒子视界，因此我们就感到宇宙似乎是平坦的。这就好像我们在地球上，如果看到的部分远远小于地球半径的话，我们就感觉大地好像是平的一样。反之，对开放宇宙也是一样，只要曲率半径远远大于粒子视界，我们就感觉宇宙似乎是平直的。

暴胀理论也为我们理解宇宙的几何和有限无限问题提供了新的视角。俄国宇宙学家林迪（Linde)提出了混沌暴胀(chaotic inflation)理论，按照这种理论，我们可观测的宇宙只是整个不断成长中的多重宇宙的一部分。暴胀的发生是由于早期宇宙一种标量场的能量，这里就不详细介绍什么是标量场等技术细节了，但不同点的标量场可能是不同的，这导致不同点暴胀的速度和持续的时间也不一样，暴胀快、暴胀时间长的地方空间膨胀的倍率远远多于其它地方，形成一个个“大泡泡”，整个宇宙中有许多这样的大泡泡，整个空间的结构则是分形的，但这些大泡泡的尺度都远远大于其中的粒子视界的尺度，因此对生活在其中的人类来说，并不能直接观察到这些分形，而只能看到一个平直的空间。不仅如此，由于量子效应，在宇宙中可能会不断形成新的具备发生暴胀条件的地方，因此会不断形成新的大泡泡。这样，整个宇宙不仅是无限的，而且和传统理解的无限均匀的宇宙也是根本不同的。

当然，由于混沌暴胀理论讨论的宇宙远远大于可以被观测的宇宙，要证实这样的理论是相当困难的，甚至也许是不可能的。另外，混沌暴胀理论并非唯一的宇宙起源理论，实际上近来WMAP卫星的观测结果倾向于否定林德最初用来演示混沌暴胀的所谓φ⁴标量场模型。此外，现在也有一些其它的宇宙早期模型，如Steinhardt和Turok等人所建议的循环宇宙模型等等，究竟哪一种宇宙模型是正确的，还有赖于观测的检验。

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