21、利用宇宙微波背景辐射探测弦理论

利用宇宙微波背景辐射探测弦理论

在宇宙学的研究中，宇宙微波背景辐射（CMB）是一个极具价值的研究对象，它可能成为探测弦理论的重要探针。本文将围绕CMB与弦理论的关联，特别是从宇宙暴胀的初始状态这一角度展开探讨。

1. 弦理论与宇宙暴胀的紫外敏感性

在宇宙学中，当高阶导数项发挥关键作用时，相关的动力学过程需要一个紫外完备理论。例如，某些被大质量标度抑制的项为何存在且重要，而其他项却缺失。如果普朗克卫星或其后续探测器检测到显著的非高斯性，在暴胀子产生密度扰动的模型中，很可能涉及到暴胀区域的新紫外物理。

为解决标准宇宙学难题，宇宙暴胀至少需要60个e折叠的膨胀，但在许多模型中，这个数字可能更大。这意味着如今具有宇宙学意义的尺度，在暴胀开始时是从普朗克尺度或亚普朗克尺度膨胀而来的。因此，需要一个微观理论来完整描述暴胀过程。同时，暴胀对初始条件的敏感性也意味着它可能成为一种普朗克尺度的显微镜，将极小的距离尺度拉伸到可观测的大小。

弦理论作为目前发展最完善的量子引力理论，或许能为这些紫外问题提供线索。虽然弦暴胀并非弦宇宙学的唯一领域，但无疑是最令人期待的研究方向之一。接下来，我们将通过具体例子说明暴胀的紫外敏感性，并尝试利用观测宇宙学的数据来检验和约束弦理论的观点与场景。

2. 宇宙暴胀的初始状态

早期宇宙学中存在许多相互交织且尚未完全理解的问题，如大爆炸奇点的本质与解决方法、普朗克时代极端环境下物理定律的正确形式，以及所有物理自由度初始条件的完整设定。尽管这些问题尚未得到解答，但近年来宇宙学仍取得了巨大进展。这至少部分归功于暴胀宇宙学，作为一种描述宇宙在足够“晚期”动力学的有效理论，它倾向于抑制对极早期未知物理的依赖。