DDS045-「引力波（II）」

（承前文）由於「大爆炸」學說（見前文 DDS006 和 DDS007），固然說明了宇宙的起源（由最初一個「單㸃（singularity）」，持續加速膨脹迄今），但對於現今宇宙是如此的均質（特別是溫度的均衡分佈），卻難予以合理的解釋。為了彌補這個缺陷，大約在 1980 年八月間，當時還屬年青的著名天文學家 Alan Guth，提出一名為「宇宙遽膨/劇脹說（Cosmic Inflation）」的理論，意謂宇宙在「大爆炸」後的瞬間（10^-32 秒），膨脹了近 100 兆兆倍（100 trillion trillion times）。該學説也同時預期，在這劇烈急速膨脹過程中，也同時產生了前面所謂的「引力波」，而且它的波紋能被存錄在宇宙形成 38 萬年後的「宇宙微波背景圖（Cosmic Microwave Background）」中（見前文 DDS008）。這「宇宙遽膨/劇脹說」，迄今已被視為「大爆炸」學說的主要支柱之一，也就是説，要完美解釋有關宇宙的起源，必須包括「大爆炸學說」和「宇宙遽膨/劇脹說」，兩者缺一不可。

〔註一：Alan Guth 目前任教於美國麻州理工學院，由於他對「宇宙遽膨/劇脹說」理論的貢獻，很可能也是今年諾貝爾物理學獎的熱門人選之一。

註二：你要是願意想像這「遽膨/劇脹」的場景的話，那就是宇宙在 10^-32 秒內，由一長度為 1 奈米的大小，以倍於光速的速率，瞬間膨脹到等同 2.5 億光年的距離，以倍率來説，大概是 10⁶⁰ 倍以上。

註三：事實上，這「宇宙遽膨/劇脹說」在 1980 年提出時，僅止於是一種理論上的説法，並沒有任何實質上的證據，但因它能充分的解釋兩個一直困擾著天文學者的問題（見下註四），最後終被學界所認同，也成為有關宇宙形成過程中，一個最重要的關鍵歷程。

註四：宇宙學（Cosmology）中兩個最令科學家們困惑的問題是：

（1）我們現今觀測到的宇宙，其溫度為何如此均一？因為，從熱力學角度來説，今天兩相距數億光年遠的天體，其溫度能如此相近，表示兩者當初形成時必需曾相互接觸過，而後由於宇宙持續加速膨脹，才能使得今天兩者雖相距如此之遠，但還能保有相近的溫度，也就是説，宇宙在最初形成過程中，必須要有一個急速膨脹的過程，才能符合目前我們觀測到的現象。

（2）宇宙為何是平的？而不是球形，也不是馬鞍形（見前文DDS023）？因為假如沒有此一瞬間的劇烈膨脹，將宇宙空間原本可能的曲度（curvature）稀釋的話，現今我們觀測到的宇宙，就不可能會是平的（在宇宙學上，宇宙是平的是已被理論證實的；見前文 DDS023），當然要注意的是，宇宙是平的並不足證明「遽膨/劇脹説」，但「遽膨/劇脹説」的演繹結果卻可導至宇宙是平的結論。以上兩個問題皆必須藉助「遽膨/劇脹說」的挹注，才能讓「大爆炸」理論，更加圓滿解釋我們現今認為的宇宙形成模式。〕

下圖（from：http://physics.stackexchange.com/questions/113099/the-nature-of-the-big-bang）所示，即是結合了「大爆炸理論」和「遽膨/㓺脹説」，對宇宙形成歷程的完整圖解說明。注意：圖中下方橫軸代表的是時間；其中「大爆炸」和「遽膨/㓺脹」過程，在宇宙 138.2 億年的漫長形成過程中僅屬一瞬。另外，圖中也標記出，宇宙在不同階段，所歷經各主要事件（包括早期的質子形成、核融合和微波輻射過程）的時間。圖中上方，則是宇宙在瞬間急遽膨脹時，所釋射出來兩種截然不同的「引力波（gravitational waves）」和「密度波（density waves）」。特別值得注意的是，大約在「大爆炸」後 38 萬年時，「宇宙」中的光子（photons）才熾射出第一道曙光，在這之前，「宇宙」由於電子和光子的相互作用，是完全不透光的（opaque），也就是說，今天科學家們觀測宇宙，最早只能回朔到宇宙形成後 38 萬年的時候，在這之前是完全看不到的，而「微波背景輻射圖」」，代表的就是宇宙形成後 38 萬年時的最早微波圖輻。

因此，此次該團隊宣稱他們能偵測到宇宙「大爆炸」窄始時，所引發的「引力波」，實質上涵括了兩個重大的科學議題：其一是首次具體偵測到了，科學家們近數十年來，一直期盼能予以確認的「引力波」的存在（嚴格說來，還只是間接的；見前文DDS044）；其二是等於連帶也證實了「宇宙遽膨/劇脹說」的理論，並提供了最強而有力的佐證，美式的說法是：「a smoking gun for the Inflation theory」。以下的精美圖幅（credit： Karl Tate, Infographics Artist；from：http://www.space.com/25075-cosmic-inflation-universe-expansion-big-bang-infographic.html），即是有關「遽膨/劇脹說」的簡扼說明，有興趣的讀者，不妨連接到該網站查閲。（待續）