大爆炸前的宇宙是什么样的？

艺术家的例证，显示了原始宇宙的不同理论中的原始标准时钟产生的信号模式。最佳：大反弹。底部：通货膨胀。

一个科学家团队提出了一个强大的通货膨胀测试，这是宇宙在大爆炸前一秒钟的一小部分略微膨胀的理论。他们的目标是对一个长期的问题进行深入了解：大爆炸前的宇宙是什么样的？

虽然宇宙通胀是众所周知，用于解决宇宙结构和演化的一些重要奥秘，但其他非常不同的理论也可以解释这些谜团。在这些理论中的一些理论中，在大爆炸前的宇宙的状态 - 所谓的原始宇宙 - 正在收缩而不是扩大，而大爆炸是一个大反弹的一部分。

为了帮助决定通货膨胀和这些其他想法之间的问题，伪造性的问题 - 即理论是否可以测试潜在地显示它是假的 - 不可避免地出现了。一些研究人员，包括剑桥的Astrophysics / Harvard＆Smithsonian（CFA）中心的AVI Loeb，据思想，对通胀提出了担忧，这表明它看似无穷无尽的适应性使其成为所有但无法妥善测试。

“伪造性应该是任何科学理论的标志。当前通货膨胀的情况是，这是一个灵活的想法，它不能实验伪造，“Loeb说。“无论人们对某些可观察属性衡量的价值是什么，总有一些通货膨胀型号可以解释。”

现在，由CFA的Xingang Chen领导的科学家团队以及哈佛大学物理部的洛氏仙玉以及钟智宇，已经应用了一个想法，他们将“原始标准时钟”称为非通胀理论，和制定一种可用于实验伪造通货膨胀的方法。该研究将作为编辑建议出现在物理审查信中。

为了找到可以将通货膨胀与其他理论分开的一些特征，团队开始通过识别各种理论的定义性质 - 原始宇宙大小的演变。

“例如，在通货膨胀期间，宇宙的规模呈指数增长，”咸宇说。“在一些替代理论中，宇宙合同的规模。有些人做得很慢，而其他人则做得很快。

“迄今为止，人们提出的属性通常在不同的理论之间遇到困难，因为它们与原始宇宙大小的演变没有直接关系，”他继续。“所以，我们想找到可观察属性的内容，可以直接链接到该定义属性。”

由原始标准时钟产生的信号可以用于这样的目的。该时钟是原始宇宙中的任何类型的重型粒子。这种颗粒应该存在于任何理论中，并且它们的位置应该以某种常规频率振荡，就像时钟摆锤的滴定一样。

原始宇宙并不完全均匀。在微小的密度下有微小的不规则性，在当今宇宙中观察到的大规模结构的种子。这是物理学家依靠学习大爆炸前发生的事情的主要信息来源。标准时钟产生的刻度被印在这些不规则性结构中的信号。原始宇宙的不同理论中的标准时钟预测了不同的信号模式，因为宇宙的进化历史是不同的。

“如果我们想象我们到目前为止学到的所有信息，那么大爆炸前发生的事情发生了什么，那么标准时钟会告诉我们应该如何播放这些帧，”陈解释说。“没有任何时钟信息，我们不知道电影是否应该向前或向后播放，快速或缓慢，就像我们不确定原始宇宙是充气或收缩的，以及它的速度有多快。这是问题所在的地方。当电影在大爆炸之前拍摄时，标准时钟为每个框架上的时间戳放在这些框架上。并告诉我们如何玩电影。“

该团队计算了这些标准时钟信号应该如何看待非通胀理论，并建议如何在天体物理观察中搜索它们。“如果发现代表股宇宙的信号模式，这将伪造整个通货膨胀理论，”咸宇说。

这个想法的成功伴随着实验。“这些信号将非常微妙地检测，”陈说，“所以我们可能必须在许多不同的地方搜索。宇宙微波背景辐射是一个这样的地方，星系的分布是另一个。我们已经开始搜索这些信号，并且已经有一些有趣的候选人，但我们需要更多的数据。“

许多未来的Galaxy调查，例如美国领先LSST，欧洲的欧元区和NASA，SPENTEX的新批准的项目，预计将提供可用于目标的高质量数据。

参考：

“原始权力谱的独特指纹替代通货膨胀率”由兴大陈，亚伯拉罕·洛伯和钟智宇，2019年3月28日，物理审查信件.DOI：
10.1103 / physrevlett.122.121301ARXIV：
1809.02603

“Quantum原始标准时钟”由陈阳陈，穆罕默德Hossein Namjoo and Yi Wang，2016年2月4日，宇宙学杂志和天体物理学.DOI：
10.1088 / 1475-7516 / 2016/02 / 013ARXIV：
1509.03930