物理学家模拟了我们宇宙的原始量子结构：

凝视天空足够久，宇宙开始像一座夜晚的城市。星系呈现出街灯的特征，使暗物质的社区变得杂乱无章，并由沿着星系间虚无海岸的气体高速公路连接起来。

这张宇宙地图是预先注定的，在宇宙中最微小的颤动中绘制出来大约 138 亿年前，大爆炸后的量子物理学瞬间进入了空间和时间的扩张。

然而这些波动到底是什么，以及它们如何启动物理学，将看到原子聚集到宇宙中我们今天看到的巨大宇宙结构仍然远未明朗。

最近对暴胀期之后的时刻进行的数学分析表明，即使在充满沸腾的量子熔炉中也可能存在某种结构婴儿宇宙，它可以帮助我们更好地了解它今天的布局。

德国哥廷根大学的天体物理学家纽约和新西兰奥克兰大学结合使用粒子运动模拟和一种重力/量子模型来预测膨胀发生后粒子凝结过程中结构可能如何形成。

这个规模那种造型有点令人兴奋。我们谈论的是重达 20 公斤的质量被挤进一个只有 10-20 米宽的空间，而当时宇宙只有 10-24 秒。

“我们所代表的物理空间哥廷根大学的天体物理学家延斯·尼迈耶 (Jens Niemeyer) 说：“模拟将适合单个质子一百万倍。”

“这可能是迄今为止对宇宙最小区域进行的最大模拟远。”

我们对宇宙存在的这个早期阶段的了解，大部分都是基于这种数学调查。我们仍然可以看到在宇宙中闪烁的最古老的光是宇宙背景辐射 (CMB)，而整个到那时，这场演出已经进行了大约 30 万年。

但在远古辐射的微弱回声中，有一些关于正在发生的事情的线索。

CMB 的光以基本粒子的形式从炽热、稠密的能量汤中结合成原子，在所谓的复合时期发射。

这张横跨天空的背景辐射图显示，我们的宇宙已经有某种类型的辐射几十万年的结构。温度稍低的部分和温度稍高的部分可能会将物质推向最终会看到恒星点燃、星系螺旋和质量汇集到我们今天看到的宇宙城市的区域。

这提出了一个问题。

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构成我们宇宙的空间正在膨胀，这意味着宇宙曾经一定要小得多。因此，按理说，我们现在看到的周围的一切都曾经被塞进一个空间太小，以至于无法出现如此温暖和凉爽的斑块。

就像炉子里的一杯咖啡，任何部件在再次升温之前都无法冷却。

有人提出通货膨胀期作为解决此问题的方法。在大爆炸后的万亿分之一秒内，我们的宇宙以惊人的速度跳跃，基本上冻结了任何量子尺度的变化。

要说这发生在眨眼之间，仍然不会公正对待。它会在大爆炸后大约 10-36 秒开始，并在 10-32 秒结束。但这足够长的时间让空间调整到阻止温度微小变化再次平滑的比例。

研究人员的计算集中在膨胀后的这个短暂瞬间，展示了基本粒子如何从泡沫中凝结当时的量子涟漪可能会产生短暂的物质光晕，这些物质的密度足以使时空本身起皱。

“这种结构的形成，以及它们的运动和相互作用，一定会产生引力的背景噪声该研究的第一作者、哥廷根大学天体物理学家 Benedikt Eggemeier 说。

“借助我们的模拟，我们可以计算出这种引力波信号的强度，这在未来可能是可测量的…这些结构的行为模仿了我们今天宇宙的大规模聚集，并不一定意味着它直接导致了今天恒星、气体和星系的分布。

但复杂的物理学在这些新烘焙的粒子中展开可能在天空中仍然可见，在我们称之为宇宙的由闪烁的光和黑暗的虚空组成的滚动景观中。

这项研究发表在 Physical Review D 上。

这个的一个版本文章于 2021 年 3 月首次发表。