早期宇宙中以前未知的相变

想一想将一壶水烧开：当温度达到沸点时，水中会形成气泡，随着水沸腾而破裂并蒸发。这一直持续到不再有水从液态变为蒸汽为止。

这大致就是137亿年前宇宙大爆炸之后早期宇宙中发生的事情的想法。

这个想法来自南丹麦大学宇宙学和粒子物理现象学中心的粒子物理学家MartinS.Sloth和斯德哥尔摩北欧理论物理研究所(NORDITA)的FlorianNiedermann。Niedermann是Sloth研究小组的前博士后。在这篇新的科学文章中，他们为他们的想法提供了更强大的基础。

许多泡泡互相碰撞

“人们必须想象，在早期宇宙的各个地方都出现了气泡。它们变大并开始相互碰撞。最后，出现了一种复杂的气泡碰撞状态，释放出能量并最终蒸发，”MartinS说。.树懒。

他们关于冒泡宇宙相变理论的背景是一个非常有趣的问题，即计算所谓的哈勃常数;宇宙膨胀速度的一个值。Sloth和Niedermann认为冒泡的宇宙在这里发挥了作用。

哈勃常数可以非常可靠地计算出来，例如，分析宇宙背景辐射或测量星系或爆炸恒星远离我们的速度。根据Sloth和Niedermann的说法，这两种方法不仅可靠，而且在科学上得到认可。问题是这两种方法不会导致相同的哈勃常数。物理学家称这个问题为“哈勃张力”。

我们对早期宇宙的看法有问题吗?

“在科学中，你必须能够通过使用不同的方法来达到相同的结果，所以这里我们遇到了一个问题。当我们对两种方法都如此自信时，为什么我们得不到相同的结果呢?”弗洛里安尼德曼说。

Sloth和Niedermann相信他们已经找到了一种方法来获得相同的哈勃常数，无论使用哪种方法。该路径从相变和冒泡宇宙开始——因此早期的冒泡宇宙与“哈勃张力”有关。“如果我们假设这些方法是可靠的——而且我们认为它们是——那么也许这些方法不是问题。也许我们需要看看我们应用这些方法的起点和基础。也许这个基础是错误的”

人工智能生成了宇宙中碰撞气泡的插图。图片来源：南丹麦大学BirgitteSvennevig

未知的暗能量

这些方法的基础是所谓的标准模型，该模型假设早期宇宙中存在大量辐射和物质，包括正常和暗物质，并且这些是能量的主要形式。辐射和正常物质被压缩在黑暗、炽热和致密的等离子体中;大爆炸后头380.000年的宇宙状态。

当你基于标准模型进行计算时，你会得出不同的宇宙膨胀速度的结果——从而得出不同的哈勃常数。

但也许在早期宇宙中有一种新形式的暗能量在起作用?斯洛斯和尼德曼是这么认为的。

如果你引入早期宇宙中一种新形式的暗能量突然开始冒泡并经历相变的想法，计算结果是一致的。在他们的模型中，Sloth和Niedermann在使用两种测量方法时得出了相同的哈勃常数。他们称这个想法为新早期暗能量——NEDE。

从一种状态转变为另一种状态——就像水变成蒸汽一样

Sloth和Niedermann认为，这种新的暗能量在宇宙膨胀时经历了相变，不久之后它就从稠密的热等离子体状态转变为我们今天所知的宇宙。

“这意味着早期宇宙中的暗能量经历了相变，就像水可以在冻结、液态和蒸汽之间改变相态一样。在这个过程中，能量气泡最终与其他气泡碰撞并沿途释放能量，”说尼德曼。

“它可能会持续很短的时间——也许只是两个粒子碰撞所需的时间——到30万年。我们不知道，但我们正在努力寻找答案，”Sloth补充道。

我们需要新的物理学吗?

因此，相变模型是基于这样一个事实，即宇宙的行为并不像标准模型告诉我们的那样。暗示我们对宇宙的基本理解有问题，这在科学上可能听起来有点疯狂;你可以提出迄今为止未知的力或粒子的存在来解决哈勃张力。

“但如果我们相信观察和计算，我们必须承认我们目前的宇宙模型无法解释数据，然后我们必须改进模型。不是通过丢弃它和它迄今为止的成功，而是通过详细说明它并使它更详细，以便它可以解释新的和更好的数据，”MartinS.Sloth说，并补充说，“看来暗能量中的相变是当前标准模型中缺少的元素，无法解释不同的测量值宇宙的膨胀率。”