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新的研究表明，宇宙在大爆炸之后的一個月內，發生了第二次大爆炸，這可能為宇宙帶來了看不見的暗物質。

大爆炸理論是目前關于宇宙起源和演化的最成功的理論。這一理論認為，我們的宇宙起源于一場大爆炸。在距今約 138 億年前，宇宙從一個溫度極高且密度極大的狀態下開始膨脹，并將第一批物質分散到空間各處。隨著時間的推移，宇宙變得越來越冷、越來越稀，物質和能量開始聚集形成恒星和星系等天體。

大爆炸理論可以解釋普通物質是如何產生的，然而，它并不能解釋暗物質是怎么產生的。暗物質是一種不發光、不與電磁力相互作用的物質，它占據了宇宙物質的大部分，但我們對它的本質和起源知之甚少。

為了解決這些難題，一些科學家最近提出了一種新的理論，稱為“暗大爆炸理論”，認為在最初的大爆炸之后，還發生了一次“暗大爆炸”，這次爆炸產生了暗物質。

暗物質誕生于暗大爆炸

暗大爆炸理論是由美國得克薩斯大學的物理學家凱瑟琳?弗里茲（Katherine Freese）和瑞典皇家理工學院的物理學家馬丁?溫克勒（Martin Winkler）提出的。他們認為，早期宇宙中存在一個由暗真空能構成的暗區域。暗區域在最初的大爆炸之后的某個時候，發生了一次相變（從一個狀態轉變到另一個狀態的物理過程，例如冰變成水）。這個相變導致暗真空能轉化為暗物質粒子，這就是暗大爆炸。

弗里茲和溫克勒經過計算后發現，暗大爆炸至少可以產生 3 種類型的暗物質粒子。如果相變過程是漸進式的，那么暗大爆炸會產生輕質量的暗物質粒子。其中的一種類似于傳統的暗物質實驗所尋找的 WIMP（大質量弱相互作用粒子），但它們會與自然界的“暗力”發生相互作用，比如與“暗電磁力”作用會產生“暗光子”。

如果這些“暗力”不存在，那么暗物質粒子就不再能夠通過吸收和發射“暗光子”來平衡它們的能量。相反，你會得到一個可吞噬彼此的粒子。也就是說，暗物質粒子彼此發生碰撞時，就會發生湮滅并產生能量。

如果相變過程是突變式的，暗大爆炸就會產生很多個擴張的氣泡，將系統從一種狀態帶到另一種狀態。這就像水開始沸騰時，會出現成千上萬的小氣泡一樣。這些氣泡有著極高的能量，當它們碰撞時，就會釋放出極高的能量，以至于有可能產生質量是質子的 10 萬億倍的暗物質粒子。為了體現這些暗物質粒子的質量驚人，弗里茲和溫克勒稱它們為“暗斯拉”（darkzillas），名字來源于影史上著名的怪獸形象哥斯拉。

他們還發現，暗大爆炸如果發生得太早，宇宙中暗物質就會太多，如果發生得太晚，宇宙中暗物質就會太少。但是，如果暗大爆炸發生在宇宙不到一個月大的時候，它就能與所有已知的觀測相一致。

用引力波來驗證暗大爆炸理論

暗大爆炸理論是一個極具突破性的理論，為暗物質的起源提供了一個很合理的解釋。那么，如何驗證這個理論呢？

弗里茲和溫克勒認為，暗大爆炸可能產生一種能彌漫整個宇宙的引力波，這些引力波現在仍然在宇宙中傳播著。弗里茲甚至認為，我們可能已經探測到了這種引力波。

2015 年 9 月，激光干涉引力波天文臺（LIGO）首次探測到了引力波。從那時起，地球上的各個引力波探測器已經捕獲了近 100 個已確認的引力波事件。這些事件都是由中子星或中小型黑洞的合并產生的。

但宇宙中還存在著另一種引力波，它是一種充斥在整個宇宙空間中的引力波背景信號，被認為是由超大質量黑洞合并或者早期宇宙中的相變過程產生的。但是，這種引力波的頻率很低，地球上的引力波探測器無法直接探測到它們。不過，天文學家認為，引力波背景信號可以干擾脈沖星發出的脈沖信號。如果利用射電望遠鏡長期觀測一批脈沖星，并發現多顆脈沖星產生的信號在某個時候同時發生某種規律性變化，就代表著探測到了引力波。

2023 年 6 月，天文學家利用脈沖星成功地檢測到了引力波背景信號。但是，這個信號太微弱，無法確定它的來源。雖然最有可能的來源是超大質量黑洞合并，但弗里茲認為，暗大爆炸也是一個可信的替代解釋。

目前，全球的多國科研團隊正在通力合作，利用脈沖星獲取更精確的引力波數據。歐洲航天局的激光干涉空間天線（LISA）也將在 2037 年發射。LISA 是由 3 臺航天器構成，這些航天器在太空中構成等邊三角形，并通過在它們之間發送的激光束來精確地測量引力波。弗里茲認為，在不遠的將來，我們就可以確定引力波背景信號是否是由暗大爆炸產生的，甚至可以確定暗物質粒子究竟是“暗斯拉”，還是一種更輕的粒子。

參考文獻：

• https://arxiv.org/abs/2302.11579

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的宇宙发生过两次大爆炸？科学家认为，第二次大爆炸产生了暗物质的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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