科技幫的部落格

一組科學家提出了一項強有力的新通貨膨脹測試，這一理論認為宇宙在宇宙大爆炸之前的瞬間幾分之一的時間內大幅擴大。 他們的目標是洞察一個長期存在的問題：大爆炸之前宇宙是什麼樣的？

雖然宇宙膨脹以解決宇宙結構和演化的一些重要奧秘而眾所周知，但其他非常不同的理論也可以解釋這些奧秘。 在其中一些理論中，大爆炸之前的宇宙狀態 - 即所謂的原始宇宙 - 正在收縮而不是擴張，因此大爆炸是大爆炸的一部分。

為了説明確定通貨膨脹和其他這些想法之間的關係，可證偽性的問題 - 也就是說，一個理論是否可以被測試以證明它是錯誤的 - 已經不可避免地出現了。 一些研究人員，包括天體物理中心的Avi Loeb | 麻塞諸塞州劍橋市的哈佛大學和史密森學會（CfA）對通貨膨脹表示擔憂，這表明它看似無窮無盡的適應性使得幾乎不可能進行適當的測試。

「可證偽性應該是任何科學理論的標誌。 目前的通脹形勢是它是一個如此靈活的想法，它不能通過實驗證偽，「勒布說。 「無論人們衡量某些可觀察屬性的價值，總有一些通脹模型可以解釋它。 」

現在，由CfA的陳新剛帶領的科學家團隊，以及Loeb和哈佛大學物理系的Zhong-Zhi Xianyu，已經將他們稱之為「原始標準時鐘」的想法應用於非通貨膨脹理論，提出了一種可用於實驗偽造通貨膨脹的方法。 該研究將作為編輯的建議出現在「物理評論快報」中。

為了找到一些可以將通貨膨脹與其他理論區分開來的特徵，該團隊首先確定了各種理論的定義屬性 - 原始宇宙大小的演變。

「例如，在通貨膨脹期間，宇宙的大小呈指數增長，」Xianyu說。 「在一些替代理論中，宇宙的大小會收縮。 有些人做得很慢，而有些人做得非常快。

「人們迄今為止提出的測量屬性通常難以區分不同的理論，因為它們與原始宇宙的大小的演變並不直接相關，」他繼續說道。 「因此，我們希望找到可以直接連結到該定義屬性的可觀察屬性。 」

由原始標準時鐘產生的信號可以用於這樣的目的。 那個時鐘是原始宇宙中任何類型的重基本粒子。 這種粒子應該存在於任何理論中，它們的位置應該以一定的頻率振盪，就像時鐘鐘擺的滴答聲一樣。

原始宇宙並不完全統一。 在微小尺度上存在微小的不規則密度，成為當今宇宙中觀察到的大規模結構的種子。 這是物理學家依靠瞭解大爆炸之前發生的事情的主要資訊來源。 標準時鐘的滴答聲產生了印在這些不規則結構中的信號。 原始宇宙的不同理論中的標準時鐘預測不同的信號模式，因為宇宙的進化歷史是不同的。

「如果我們想像到目前為止我們所學到的關於大爆炸之前發生的事情的所有資訊都在一卷電影幀中，那麼標準時鐘告訴我們應該如何播放這些幀，」陳解釋道。 「沒有任何時鐘資訊，我們不知道電影是應該向前還是向後，快或慢播放，就像我們不確定原始宇宙是膨脹還是收縮，以及它有多快這樣做。 這就是問題所在。 當電影在大爆炸之前拍攝時，標準時鐘在每個幀上都加上時間戳記，並告訴我們如何播放這部電影。 「

該小組計算了這些標準時鐘信號在非通貨膨脹理論中應該如何看待，並建議如何在天體物理觀測中搜索它們。 「如果找到代表收縮宇宙的信號模式，那將會篡改整個通脹理論，」Xianyu說。

這個想法的成功取決於實驗。 「這些信號將非常微妙地被發現，」陳說，「因此我們可能需要在許多不同的地方進行搜索。 宇宙微波背景輻射就是這樣一個地方，星系的分佈是另一個。 我們已經開始搜索這些信號，並且已經有一些有趣的候選者，但我們需要更多資料。 「

許多未來的星系調查，例如美國領先的LSST，歐洲的歐幾裡得以及NASA新批准的專案SphereX，預計將提供可用於實現目標的高品質資料。