因此，1979年的一個(gè)十二月夜晚，理論物理學(xué)家艾倫·古斯特在思考缺失的單極子之謎時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非凡的解決方案。

一個(gè)不僅解決了自身問題，還解決了宇宙的視界問題和平坦性問題的機(jī)制，而不是逐漸在數(shù)十億年內(nèi)擴(kuò)張到我們今天所見的遼闊程度。她提出了一個(gè)機(jī)制，通過這個(gè)機(jī)制，宇宙可以突然而幾乎瞬間地膨脹到原始尺寸的很多倍，然后減速并繼續(xù)以更線性的方式擴(kuò)張。這種膨脹期間，宇宙將在不到一兆分之一秒的時(shí)間內(nèi)倍增大約90倍，導(dǎo)致指數(shù)級(jí)的膨脹，從根本上改變宇宙的面貌。因?yàn)楫?dāng)指數(shù)級(jí)膨脹發(fā)生時(shí)，事物會(huì)迅速變得非常龐大。想象一下反復(fù)折疊一張巨大的紙，開始時(shí)厚度為一厘米，第一次折疊會(huì)使其翻倍到兩厘米，下一次則會(huì)使其接近半厘米的厚度，第三次再次翻倍，現(xiàn)在它的厚度大約是指甲的厚度。到目前為止，還沒有什么特別之處，但當(dāng)你折疊到第七次時(shí)，單張紙的厚度已經(jīng)達(dá)到整個(gè)筆記本的厚度。十次折疊時(shí)，它的厚度將與你的手的寬度一樣。實(shí)際上，在2002年，一名美國女學(xué)生將一張紙巾折疊成長(zhǎng)達(dá)1.2公里的一捆，厚度超過半米，創(chuàng)造了此實(shí)驗(yàn)的世界紀(jì)錄，僅折疊了12次。如果可能制作和處理更大的紙張，進(jìn)一步的折疊將使厚度成倍增加。23次折疊將使紙張厚約一公里，而30次折疊則足以將其從地球表面垂直升高100公里進(jìn)入太空。42次折疊將使紙張到達(dá)月球，而51次折疊則足以到達(dá)太陽。81次折疊將使紙張的寬度與仙女座星系相當(dāng)，約為141,000光年，而90次折疊相當(dāng)于膨脹期90次倍增，將使那張巨大的紙張折疊成比整個(gè)室女座超星系團(tuán)（橫跨130 million光年）還要大的一堆。這種令人難以置信的膨脹是艾倫提出的針對(duì)整個(gè)宇宙的，僅在不到一兆分之一秒的時(shí)間內(nèi)，在普朗克時(shí)刻和大統(tǒng)一時(shí)代混亂的湍流之后，這個(gè)熾熱高密度的宇宙膨脹了超過十萬億倍，如果說有什么東西使宇宙大爆炸有了威力，那就是這個(gè)。宇宙一度似乎如此熾熱、充滿活力，現(xiàn)在變得巨大、空蕩和寒冷。雖然看起來很激烈，但這實(shí)際上是一個(gè)優(yōu)雅的解決方案，可以解決困擾宇宙大爆炸理論的三個(gè)問題，因?yàn)檫@種膨脹使我們有可能接受這樣一個(gè)可能性，即我們看到的巨大宇宙實(shí)際上并不是全部，而只是可觀測(cè)宇宙的一個(gè)氣泡，其大小由光速、流逝的時(shí)間和自時(shí)間開始以來的膨脹所定義。由于膨脹和隨后的擴(kuò)張，我們可觀測(cè)的氣泡直徑約為930億光年，但它仍然只是整個(gè)宇宙的一小部分，而正是在這個(gè)無法看見的范圍內(nèi)，我們可以找到解決問題的答案。

熱均勻性的地平線問題只有在我們所見到的均勻性應(yīng)用于整個(gè)宇宙時(shí)才成問題，但膨脹理論允許宇宙的收縮部分包含極端的溫度變化，然后在指數(shù)膨脹期間相互分離得很遠(yuǎn)。我們所觀測(cè)到的宇宙的局部區(qū)域僅代表整體的一小部分，在膨脹之前與自身處于熱平衡，并且可能與我們無法看到的其他部分存在著巨大差異。同樣地，空間-時(shí)間曲率的平坦性問題只有在我們只看到一個(gè)微小部分時(shí)才是一個(gè)令人困惑的巧合，無法確定它是否適用于整個(gè)宇宙。這可能是一種視角的問題，從海岸上看，海洋的地平線似乎是平坦的，但只有當(dāng)我們?cè)诘厍蛏峡诊w行時(shí)，從更高的角度感知到更多的地面時(shí)，我們才能看到實(shí)際上它是彎曲的。更廣闊的宇宙可能是正曲率、負(fù)曲率或兩者的扭曲組合，但我們無法看到我們自己宇宙的邊界以外。最后，磁單極子的缺失只有在我們假設(shè)它們?cè)谡麄€(gè)宇宙中不存在時(shí)才是一個(gè)問題，但如果它們存在于早期宇宙中，并且數(shù)量符合我們當(dāng)前的模型預(yù)測(cè)，那么指數(shù)膨脹會(huì)使它們相互分離，直到它們分布到每個(gè)可觀測(cè)宇宙中大約一個(gè)單極子。在一個(gè)直徑為930億光年的球體內(nèi)尋找一個(gè)單一的單極子，我們尚未找到它也就不足為奇了。

宇宙膨脹理論現(xiàn)在已經(jīng)成為我們對(duì)宇宙最早時(shí)刻的理解的一部分，天體物理學(xué)家自艾倫的啟示以來已經(jīng)花費(fèi)了40年的時(shí)間來研究宇宙突然而劇烈膨脹的機(jī)制。這個(gè)戲劇性階段的時(shí)機(jī)與能量下降和冷卻的時(shí)間相吻合，這標(biāo)志著基本力的宏觀統(tǒng)一的結(jié)束和強(qiáng)核力的出現(xiàn)。一些科學(xué)家理論推測(cè)，電弱力傳遞的粒子衰變創(chuàng)造了一個(gè)由新的信使粒子“脹子”傳遞的強(qiáng)膨脹場(chǎng)。這種強(qiáng)大的新膨脹能量推動(dòng)了宇宙的

生物也與我們共享雙邊對(duì)稱性，從最大的鯨魚到最低微的蠕蟲，如果不是鏡像對(duì)稱的兩倍，其他動(dòng)物如海星和海膽更傾向于五個(gè)輻射對(duì)稱的觸角?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，進(jìn)化明顯偏愛這些平衡對(duì)稱的形式，至少因?yàn)樗鼈兛梢杂杀绕渌鼜?fù)雜和非重復(fù)的幾何形狀更簡(jiǎn)單的指令構(gòu)造而成。正是基于數(shù)學(xué)算法的簡(jiǎn)單性構(gòu)成了整個(gè)自然非生命世界中發(fā)現(xiàn)的對(duì)稱性。

在科學(xué)中，對(duì)稱性的含義比日常使用更廣泛，它表明某個(gè)事物是相同的，無論發(fā)生什么變化，從物理定律到能量和動(dòng)量守恒，宇宙本質(zhì)上是對(duì)稱的，正電荷與負(fù)電荷平衡，一些粒子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，其他粒子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如果你測(cè)量阿爾法半人馬座上的重力強(qiáng)度，結(jié)果將與我們太陽系中的相同。然而，宇宙并不是完全對(duì)稱的，就像人體在更仔細(xì)的觀察中，心臟偏移一側(cè)，宇宙的完美平衡也存在缺陷。有些粒子永遠(yuǎn)不順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而另一些永遠(yuǎn)不逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，物質(zhì)和反物質(zhì)的數(shù)量存在不平衡，電場(chǎng)能夠做到的事情磁場(chǎng)不能做到，盡管這兩者在概念上是等效的，許多這些不平衡對(duì)于現(xiàn)實(shí)的運(yùn)作至關(guān)重要，但它們并非一開始就是這樣。

實(shí)際上，在宇宙學(xué)家認(rèn)為的第一萬億分之一秒內(nèi)，一切都是完美對(duì)稱的，存在平衡，但隨著力量的最終分離和涌現(xiàn)，一切都發(fā)生了變化，這將影響到很大程度上存在的質(zhì)量。就像溫度的降低預(yù)示著水從蒸汽到液態(tài)到固態(tài)冰的相變，從根本上改變了其性質(zhì)，每個(gè)轉(zhuǎn)變都減少了它的對(duì)稱性，因此，在年輕的宇宙中，溫度的降低引起了能量和填充其中的物質(zhì)的相變，四個(gè)基本力最終完全分離并結(jié)晶為獨(dú)立的實(shí)體，一個(gè)新時(shí)代的曙光出現(xiàn)了?？淇藭r(shí)代首次由物質(zhì)的相互作用來定義，巨超新星UY Scuti可能是我們宇宙中已發(fā)現(xiàn)的最大單個(gè)物體，其直徑比我們的太陽大約大1700倍，如果它位于我們太陽系的中心，其外緣將位于木星軌道之外，然而，就像所有的恒星一樣，它幾乎完全由宇宙中最小的粒子組成，即輕元素氫和氦的單個(gè)原子。氫是最小的原子，其名稱源自希臘語中的“不可分割”一詞，但通過20世紀(jì)初原子理論的革命，我們現(xiàn)在知道原子是可以分割的，這個(gè)事實(shí)導(dǎo)致了人類歷史上一些最具毀滅性的武器的產(chǎn)生，盡管氫和氦很簡(jiǎn)單，但它們是由質(zhì)子、中子和電子這些復(fù)合粒子組成的，這些粒子可以相對(duì)容易地被分離和操縱，但即使這些也不是最小的基本粒子，質(zhì)子和中子本身是由更小的單位——夸克組成的，夸克的各種特性以及電子的特性最終決定了一切事物，包括巨超新星UY Scuti。對(duì)物質(zhì)的基本粒子的搜索已經(jīng)是物理學(xué)家的指導(dǎo)性追求已有200年的時(shí)間，揭示其中的內(nèi)在結(jié)構(gòu)需要大量的能量，只有通過將這些粒子加速到極高的速度然后相互碰撞來獲得，通過檢查這些碰撞的殘骸，我們可以組成我們宇宙構(gòu)建塊的完整圖像，這個(gè)圖像被稱為粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型，從理論上講，它是我們解釋為什么一切看起來是現(xiàn)在的宇宙的方式所需要的。如我們所見，正常物質(zhì)由質(zhì)子和中子組成，它們集體被稱為強(qiáng)子，但它們本身由夸克的組合組成，每個(gè)夸克都有獨(dú)特的特性，如質(zhì)量、電荷、自旋，以及另一種稱為顏色的屬性，這是一個(gè)任意的名稱，與顏色無關(guān)，但有助于解釋它們?nèi)绾谓Y(jié)合成團(tuán)，一個(gè)帶正電的質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成，而一個(gè)中性的中子由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成，但還有其他夸克，具有奇異、魅力、頂和底等奇特的名稱，它們組合形成更奇特的復(fù)合強(qiáng)子粒子，這些粒子在物理實(shí)驗(yàn)之外幾乎看不到，因此，盡管物理學(xué)家在這些實(shí)驗(yàn)中不斷地將強(qiáng)子相互碰撞，力度不斷增大，但他們并沒有發(fā)現(xiàn)夸克是由任何更小的東西組成的跡象，它們似乎真的是兔子洞的底部。與此同時(shí)，繞著原子核軌道運(yùn)動(dòng)的電子似乎也是不可分割的，它們是一種稱為輕子的粒子，盡管所有正常物質(zhì)只用負(fù)電子就足夠，但在粒子碰撞的殘骸中可以發(fā)現(xiàn)奇特的變種，如μ子、τ子、各種中微子的變種，所以我們的標(biāo)準(zhǔn)模型包括12種基本的不可分割的物質(zhì)粒子，六種夸克和六種輕子，以及每個(gè)粒子的反物質(zhì)對(duì)應(yīng)物和基本力的信使粒子，光子是電磁力的信使粒子，膠子是強(qiáng)核力的信使粒子，W和Z玻色子是弱核力的信使粒子，如果虛擬粒子存在于時(shí)空中傳遞引力，那么它仍然未被探測(cè)到，所以目前只有四個(gè)規(guī)范玻色子連接著物質(zhì)粒子，描述了宇宙中的一切，至少幾乎一切。然而，我們目前的模型中還缺少一個(gè)關(guān)鍵的部分，那就是質(zhì)量，宇宙中的每個(gè)元素，從氫到钚，都有自己特有的質(zhì)量，主要對(duì)應(yīng)于其核中的質(zhì)子和中子的數(shù)量，因此，一個(gè)原子的大部分質(zhì)量來自于質(zhì)子和中子，但當(dāng)我們深入研究質(zhì)量的最終來源時(shí)，我們并不看到這個(gè)情況，因?yàn)槭聦?shí)證明，一個(gè)質(zhì)子的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其部分的總和，一個(gè)質(zhì)子內(nèi)部的基本粒子是三個(gè)夸克，但這些夸克的質(zhì)量只占質(zhì)子整體質(zhì)量的9％，其余的質(zhì)量來自于核中儲(chǔ)存的能量，來自于愛因斯坦所確定的能量和質(zhì)量之間的奇特關(guān)系以及膠子的奇異量子相互作用，也就是強(qiáng)核力的傳遞者。因此，當(dāng)我們重新考慮宇宙中所有正常物質(zhì)的質(zhì)量時(shí)，超過90％的質(zhì)量實(shí)際上并不來自物質(zhì)本身，而是來自于空間中的潛在能量和空虛，但夸克確實(shí)具有質(zhì)量，這是一個(gè)獨(dú)立的、不同于這種能量的東西，其原因長(zhǎng)時(shí)間以來一直是一個(gè)謎。光子和膠子沒有質(zhì)量也能很好地存在，電子和中微子的質(zhì)量甚至比最小的夸克還要小，而弱力的傳遞者W玻色子的質(zhì)量甚至比一個(gè)上夸克還要重，甚至比一個(gè)完整的鐵原子還要重，那么是什么造成了質(zhì)量的巨大差異？為什么粒子會(huì)有質(zhì)量？這是上世紀(jì)60年代困擾英國理論物理學(xué)家彼得·希格斯的問題，當(dāng)時(shí)他在愛丁堡大學(xué)任教和研究。摘自: www.ws46.com