最近一篇論文提出了一個新的假設，即宇宙的起源可能不是只有一個大爆炸，而是有兩個大爆炸，一個是我們熟悉的熱大爆炸，另一個是一個暗大爆炸。

背景

我們知道，宇宙中的物質和輻射主要是由熱大爆炸產生的，這個過程可以通過原初核合成的證據來驗證。原初核合成是指在宇宙早期，當溫度高于一兆電子伏特時，光子和重子形成了一個熱等離子體，然后在溫度降低后，重子結合成了輕元素（如氫、氦和鋰）的過程。這個過程可以很好地解釋我們觀測到的宇宙中輕元素的豐度。

但是，宇宙中還有一種我們不太了解的物質，就是暗物質。暗物質是指那些不與電磁輻射相互作用，或者說不發光的物質，它只能通過引力效應來探測。暗物質占據了宇宙物質總量的大約 85%，它對宇宙的結構形成和演化有著重要的影響。但是，暗物質是什么，它是怎么產生的，它有沒有和我們熟悉的物質相互作用的可能性，這些都是目前物理學中的未解之謎。

暗大爆炸

一篇論文提出了一個可能的答案，即暗物質（以及可能的暗輻射）是在一個暗大爆炸中產生的，這個暗大爆炸是由暗物質部分的一個相變引起的。相變是指物質從一種狀態轉變為另一種狀態的過程，比如水從液態變為固態或氣態。在這個過程中，物質的能量和熵會發生變化，有時會伴隨著一些劇烈的現象，比如泡沫的形成和碰撞。

在這篇論文中，作者假設暗物質部分在宇宙早期處于一個高能量的假真空態，然后在某個時刻發生了一個一級相變，即從一個假真空態跳變到一個真真空態。在這個過程中，暗物質部分的真空能被釋放出來，形成了一個熱的暗等離子體，這就是暗大爆炸的起點。

暗大爆炸的時間可以在原初核合成之前、之中或之后，只要它不影響我們已知的宇宙歷史和觀測。作者計算了暗大爆炸的溫度范圍，發現它必須在可見物質部門的溫度高于幾千電子伏特時發生，這相當于宇宙年齡小于一個月的時候。在這個溫度下，可見物質部門已經形成了中性原子，而不是等離子體，這意味著它和暗物質部分的相互作用會很弱，從而保證了暗大爆炸的隱匿性。

新模型的預測

暗大爆炸產生了暗物質，但是暗物質的豐度是多少呢？這篇論文給出了幾種可能的機制，來解釋暗物質的豐度和性質。一種是暗物質的自噬，即暗物質之間有一種強的相互作用，使得它們可以相互轉化為其他的暗粒子，從而降低暗物質的數密度。另一種是暗物質的對消，即暗物質和反暗物質可以相互湮滅為暗輻射，從而降低暗物質的能密度。

這兩種機制都可以導致暗物質的凍結，即在某個時刻，暗物質的相互作用速率低于宇宙的膨脹速率，從而暗物質的豐度固定下來。還有一種可能是暗物質是超重的，即它的質量遠遠大于可見物質的質量，這樣的暗物質可以直接從暗大爆炸中的泡沫碰撞中產生，而不需要經過任何的凍結過程。作者稱這種暗物質為“暗吉拉”，它的質量可以達到 10^16 公斤，相當于一個小行星的質量。

暗大爆炸不僅產生了暗物質，還產生了引力波。引力波是時空的漣漪，它是由質量或能量的加速運動產生的。暗大爆炸中的相變和泡沫碰撞都是強烈的能量源，它們可以激發出很強的引力波，這些引力波會持續到現在的宇宙，成為宇宙引力波背景。作者計算了這些引力波的頻率和強度，發現它們可以在脈沖星定時陣列實驗中被探測到。脈沖星定時陣列是一種利用脈沖星的穩定的脈沖信號來探測引力波的方法，它可以探測到頻率在 10^-9 赫茲到 10^-6 赫茲之間的引力波。

暗大爆炸產生的引力波正好在這個范圍內，而且有一個很特別的特征，就是它們的頻率隨著時間的變化而變化，這是因為暗物質部分的溫度和可見物質部門的溫度不一樣，它們的膨脹速率也不一樣，這導致了引力波的頻移。如果我們能夠在脈沖星定時陣列實驗中觀測到這樣的引力波信號，那么我們就可以證實暗大爆炸的存在，也可以測量暗物質部門的溫度和能量密度。

暗大爆炸還可以解釋一些其他的暗物質的性質，比如暗物質的自相互作用和暗物質的溫度。暗物質的自相互作用是指暗物質之間除了引力以外還有其他的力，這種力可以影響暗物質的分布和運動，從而解釋一些小尺度結構的觀測異常。

暗物質的溫度是指暗物質的平均動能，它決定了暗物質的運動狀態，是冷的、溫的還是熱的。暗物質的溫度和暗大爆炸的溫度有關，如果暗大爆炸的溫度很高，那么暗物質就會是熱的，它的速度會接近光速，這樣的暗物質會很難形成結構，也很難被探測。

如果暗大爆炸的溫度很低，那么暗物質就會是冷的，它的速度會很慢，這樣的暗物質會很容易形成結構，也很容易被探測。如果暗大爆炸的溫度介于兩者之間，那么暗物質就會是溫的，它的速度會在中等范圍，這樣的暗物質會有一些特殊的性質，比如它可以在小尺度上抹平密度擾動，從而解釋一些觀測的不一致性。作者根據暗大爆炸的參數，給出了暗物質的溫度的范圍，發現它可以覆蓋從冷暗物質到熱暗物質的所有可能性。

本文來自微信公眾號：萬象經驗 （ID：UR4351），作者：Eugene Wang

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的新研究假设：宇宙发生过两次大爆炸的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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