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“暴脹理論”是大爆炸理論的“補丁”。“暴脹理論”認爲,在宇宙誕生之初,宇宙的空間曾以指數倍的形式膨脹。這種快速膨脹過程叫做“暴脹”,即宇宙在一段極短的時間內,以非常驚人的增長速率膨脹。按照該理論推測,暴漲過程發生在宇宙大爆炸之後的10^-36秒至10^-32秒之間。在暴漲結束後,宇宙繼續膨脹,但是膨脹速度則小得多。

由於空間暴脹,使得宇宙變得十分平坦,空間曲率接近於零,並且使整個宇宙的溫度變得均勻。暴脹期間發生的量子漲落造成了宇宙溫度的細微差異,這爲未來的宇宙形成恆星和星系創造了條件。此外,暴脹還能夠降低大質量奇異粒子的數量密度,例如粒子物理學標準模型的不少衍生理論所預測存在的磁單極子。因此,“暴脹理論”能夠解釋“大爆炸宇宙論”中的三個難疑:空間各向同性難疑,可觀測宇宙空間平坦難疑,磁單極子消失難疑。

“大爆炸宇宙論”和“暴脹理論”共同描繪了宇宙的誕生和形成過程。按照這兩個理論,宇宙的誕生和形成過程經歷了數個階段,它們分別是:

(1)普朗克時間(大爆炸發生後的10^-43秒):宇宙誕生後最早的時期,是一個溫度非常高的時期,它的溫度高到足以讓四種基本力(引力、電磁力、弱力和強力)都統合成一種基本力——超力。所有已知的物理和數學規律都是失效的。宇宙中不存在任何物質和輻射。

(2)大一統時期(大爆炸後10^-43秒至10^-36秒):隨着宇宙的冷卻(儘管此時宇宙溫度依然非常高),引力開始與其它幾種力(電磁力、弱力、強力)分離。在這個時期,物質和能量可以自由地相互轉換。

(3)暴脹時期(大爆炸後10^-36秒至10^-32秒):宇宙尺寸膨脹了10的26次方倍,相當於一粒沙子膨脹到可觀測宇宙那麼大。隨着宇宙進一步冷卻,強力開始與其它幾種力(電磁力、弱力)分離。宇宙經歷了短暫的暴脹之後,空間本身固有的能量都逐漸轉化成各種正反粒子和輻射。

(4)夸克時期(大爆炸後10^-32秒至10^-12秒):宇宙變成一鍋粒子湯,大量夸克-反夸克粒子從能量中出現,又重新湮滅爲能量,膠子、引力子、希格斯玻色子等粒子也在這個時期出現。

(5)粒子時期(大爆炸後10-12秒至1秒):宇宙變得足夠冷,電弱相互作用分解爲電磁相互作用和弱相互作用,即電磁力和弱力相互分離。四種基本作用力全部出現。宇宙中的作用力和物理定律,就和今天的一樣了。夸克(反夸克)在強相互作用力下聚在一起,使質子和中子(反質子和反中子)誕生。玻色子、中微子、電子、夸克以及膠子穩定下來。

隨後,正粒子(質子、中子等)和反粒子(反質子、反中子等)相互碰撞後湮滅。由於與反物質相比,正物質略佔優勢,所以反物質(反粒子)幾乎被湮滅殆盡,而小部分正物質(正粒子)殘存了下來,併爲今天構成我們宇宙的大部分物質提供了起源。

(6)核子時期(大爆炸後1秒至三分鐘):宇宙溫度繼續降低後,核力(強力)已經能夠束縛住質子和中子,氫、氦類穩定原子核形成(核合成)。但電子的能量仍然太高,無法與原子核結合,因此尚不能形成中性原子。

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