一项新的研究暗示，暗物质可能是在宇宙大爆炸之前产生的
文摘
科学
2024-09-05 17:33
北京
一种新的宇宙理论认为，宇宙可能经历过多次的收缩与膨胀。更令人惊奇的是，研究显示，在大爆炸之前，宇宙收缩到极小尺寸的过程中，会有大量原初黑洞产生。这些原初黑洞或许就是暗物质的主要组成部分。
文 | 陈强
视觉设计 | 李梅
传统观点认为，宇宙起源于一场大爆炸。在距今约138亿年前，宇宙从一个密度和温度无限高的奇点开始，经过膨胀和冷却，逐渐演化成我们今天所观测到的样子。然而，一种新的宇宙理论认为，大爆炸可能并非宇宙的开端。相反，宇宙可能在收缩和膨胀之间不断“反弹”。这就是所谓的非奇异物质反弹宇宙学（non-singular matter bouncing cosmology）。最近，有科学家提出，如果这一理论成立，它还可能揭示暗物质的本质。暗物质是宇宙中一种神秘的物质，它不反射、吸收或发出光，因此无法被直接观测到。然而，科学家通过观察星系中恒星的运动和宇宙微波背景辐射，推测出了暗物质的存在。暗物质占了宇宙物质总量的85%左右，但具体组成仍然是一个谜。一种观点认为，暗物质可能是由一些微小的黑洞构成的。这些黑洞被称为原初黑洞（primordial black hole），是早期宇宙中高密物质直接坍缩而成的。不过，最近发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》（Journal of Cosmology and Astroparticle Physics）上的一项研究指出，如果宇宙经历过多次的收缩与膨胀，那么暗物质还可能是由宇宙在收缩阶段产生的原初黑洞组成的。根据非奇异物质反弹宇宙学，宇宙并非始于大爆炸，而是首先经历了一个收缩阶段。那时，宇宙在引力作用下不断收缩，物质密度越来越高，使得物质间的斥力越来越大。宇宙最小可以收缩到比质子还小十几个数量级的尺寸，随后发生了反弹，导致了大爆炸和我们今天观察到的加速膨胀。这一理论暗示，宇宙可能经历了多个这样的循环，每次收缩到极小的尺寸，然后再次膨胀。而且在这些循环过程中，都不会出现奇点。根据最新的研究，在宇宙即将反弹时，物质密度极高，量子扰动导致的密度波动会产生许多原初黑洞。只要这些原初黑洞的质量不是特别小，它们就不会因为霍金辐射而完全蒸发。因此，在大爆炸后，仍会存留下许多原初黑洞。这些原初黑洞的质量通常相当于一颗小行星，能够通过引力作用影响周围的物质和光线。因此，科学家把这些在大爆炸之前产生的原初黑洞列为暗物质的候选者之一。为了验证这一理论，科学家计划利用下一代引力波探测器，如激光干涉空间天线（LISA）和爱因斯坦望远镜（Einstein Telescope）。这些探测器将能够探测到原初黑洞形成过程中产生的引力波，从而确认这些黑洞是否确实是暗物质的组成部分。然而，这些探测器可能需要十多年时间才能投入使用。总之，非奇异物质反弹宇宙学不仅为我们提供了一种新的宇宙起源理论，还可能解开黑洞和暗物质的谜团。如果这一理论得到证实，它将改变我们对宇宙演化的理解，并为未来的宇宙学研究开辟新的方向。参考文献：
https://doi.org/10.1088/1475-7516/2024/06/066
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