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量子|宇宙中的量子场最早是何时形成的？( 三 )


量子|宇宙中的量子场最早是何时形成的？
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当对称性恢复时（顶部的黄球） ， 一切都是对称的 ， 各状态的优先级相同 。 但当对称性在低能量下被打破时（底部的蓝球） ， 各方向的自由度就不再相同了 。 在不同的量子场中 ， 球滚入的“最低点”也可能有所不同 。
对称性一旦被打破 ， 最后可能拥有多种最终态 。 假如我们将时间拨回最初的最初 ， 也不能保证每次都能演化出相同的物理法则和基本常数 。 就像我们相信地球上出现人类纯属运气使然一样 ， 宇宙如今拥有这些物理法则和常数 ， 也可能只是碰巧“中奖”而已 。
不过 ， 当我们回溯到宇宙大爆炸的最早期阶段 ， 并没有证据显示 ， 宇宙曾经达到过上述理论大一统（以及恢复对称性）所需的温度 。 当对称性被打破时 ， 就会产生粒子；如果这类大一统真的发生过 ， 就应当会产生大量磁单极子 。 而这种粒子在宇宙中显然不存在 。 如果我们如今所知的量子场源自更早的时期 ， 该时期一定处于宇宙大爆炸之前 。
这是否意味着 ， 量子场可能是在宇宙膨胀期形成的呢？
量子|宇宙中的量子场最早是何时形成的？
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图为多个各自独立的宇宙的示意图 。 这些宇宙分布在一个不断扩张的宇宙“海洋”中 ， 彼此之间不存在任何因果关系 。 在多重宇宙的背景下 ， 有可能出现多个不同的“口袋宇宙” ， 但没人知道这些宇宙中的物理法则或基本常数是否不同于我们所在的宇宙 。
有可能 ， 但我们无法确定 。 根据我们推断出的、宇宙膨胀期的能量上限 ， 膨胀期的能量也许不曾达到过形成量子场所需的水平 。 虽然膨胀期模型需要引入多重宇宙的概念才能成立 ， 但“不同‘口袋宇宙’中的常数或法则也不同”的猜测还是太偏臆断了 。
不过有一点是肯定的：某些类型的量子场在膨胀期一定存在 。 它们和如今的量子场也许相同 ， 也许不同 ， 也许超出了我们所知的量子场范围 ， 但无论如何都一定存在 。 我们是如何得知这一点的呢？这是因为 ， 我们如今在宇宙中观察到的波动与根据膨胀期间存在的量子场波动预测出的结果完全一致 。
量子|宇宙中的量子场最早是何时形成的？
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宇宙膨胀期间的量子波动的确被拉长了 ， 但也导致了总能量密度的波动 。 这些场的波动导致早期宇宙中的密度分布不均衡 ， 并因此导致了宇宙微波背景中的温度波动 。 从膨胀情况来看 ， 这些波动一定是绝热的（即与外界没有热量和粒子交换） 。
这些波动一般发生在微观尺度的量子级别上 。 在宇宙膨胀期间 ， 这些波动在整个宇宙范围内被拉长 ， 转化成了宇宙大爆炸开始时的温度与密度波动 ， 并在宇宙中留下了不可抹除的印记 。 我们如今能观察到这些波动和它们造成的结果 ， 说明这些量子场在宇宙膨胀期间是存在无疑的 。
时空已经存在了多久 ， 某些类型的量子场就必定存在了多久 。 但在膨胀期的最后一刻之前 ， 宇宙中究竟发生了什么 ， 我们将永远无从得知 ， 因为这已经超出了可观测宇宙的范围 。 由于缺少证据 ， 我们只能不断探索已知信息的极限 ， 并将它们与宇宙中残留的信息进行匹配 。 虽然我们开展的推测很有意思、也很符合直觉 ， 但真相如何 ， 我们将永远无从知晓 。 （叶子）
（责任编辑：季丽亚 HN003）


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