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从宇宙大爆炸到现在:关于宇宙起源的7个奇异发现

2019-08-25

大约138亿年前,我们所知道的宇宙开始了。这个被称为大爆炸的时刻,是宇宙本身开始迅速膨胀的时刻。在大爆炸的时候,可观测到的宇宙(包括至少2万亿星系的物质),其直径小于一厘米。现在,可观测的宇宙直径930亿光年,而且还在膨胀。

关于宇宙大爆炸有很多问题,特别是关于在它之前发生了什么?但科学家确实了解到了一些事情。如果感兴趣,继续读下去,你会发现关于宇宙起源的一些最令人费解的发现。

01 宇宙在膨胀

直到1929年,宇宙的起源还完全笼罩在神话和纯理论中。但在那一年,一位名叫埃德温·哈勃的富有进取心的天文学家,发现了关于宇宙的一些非常重要的东西,这将为理解宇宙的过去开辟新的途径:整个宇宙都在扩张

哈勃是通过测量一种叫做红移的特征发现了这一现象,红移是指在遥远的星系中看到的较长的红色波长的光的转变。(离物体越远,红移就越明显。)哈勃发现,在遥远的星系中,红移随距离呈线性增加,这表明宇宙不是静止的,它在所有方向上同时膨胀。

根据美国国家航空航天局的数据,哈勃能够计算出这种膨胀的速率,即哈勃常数。正是这一发现,让科学家们得以回推并推测宇宙曾经被压缩成一个微小的点。他们称其膨胀的第一个时刻为:大爆炸。

02 宇宙微波背景辐射

1964年5月,贝尔电话实验室的研究人员阿诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔逊(Robert Wilson)正在新泽西州研制一种新的无线电接收器。他们的天线不断地接收到一种奇怪的嗡嗡声,似乎无处不在,无时无刻不在响。起初,他们以为是天线设备里栖息的鸽子等鸟类造成的,但是清除了鸟巢并没有起到任何作用。之后,他们又尝试了很多减少“干扰”的方法,均告失败。最后,他们终于意识到:发现了一些真实的东西。

事实证明,他们探测到的是宇宙的第一束光:宇宙微波背景辐射。这种辐射可以追溯到大爆炸后的38万年,那时宇宙最终冷却到足以让光子(组成光的波状粒子)自由运动。这一发现支持了大爆炸理论和宇宙膨胀速度比光速快的概念。(这是因为宇宙背景是非常均匀的,这意味着从一个微小的点开始,所有的东西都会同时平稳地膨胀。)

03 天空地图

宇宙微波背景辐射的发现为了解宇宙的起源打开了一扇窗。1989年,美国宇航局发射了一颗名为“宇宙背景探测器”(COBE)的卫星,用来测量背景辐射的微小变化。根据美国国家航空航天局的说法,结果是得到了宇宙的“婴儿图片”,它显示了膨胀宇宙中最初的一些密度变化。这些微小的变化可能导致了星系和空域的模式,也就是我们今天在宇宙中看到的宇宙星系网络

04 膨胀的直接证据

宇宙微波背景也使研究人员找到了膨胀的“确凿证据” —— 大爆炸时发生的比光速还快的大规模膨胀。(尽管爱因斯坦的狭义相对论认为,没有什么比光在空间中传播得更快,但这并没有违背该理论,因为空间本身在扩张。)2016年,物理学家宣布,他们在一些宇宙微波背景中探测到了一种特殊的极化或方向性。这种极化被称为“B模式”。B模式是大爆炸引力波的第一个直接证据。当太空中的大型物体加速或减速时,就会产生引力波(第一次被发现是因为两个黑洞的碰撞)。B模式为直接探测早期宇宙膨胀提供了一种新方法,或许还能找出是什么推动了宇宙膨胀。

05 目前没有额外的维度

引力波发现的一个结果是,它允许科学家们在通常的三个维度之外寻找更多的维度。根据理论学家的说法,如果这些维度存在的话,引力波应该能够穿越到未知的维度。2017年10月,科学家探测到两颗中子星碰撞产生的引力波。他们测量了引力波从恒星传播到地球的时间,并没有发现任何额外维度泄漏的迹象。

这项研究结果于2018年7月发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》上。研究结果表明,如果宇宙中还存在着其他维度的话,它们都是非常微小的,它们只会影响到宇宙中小于1.6公里大小的区域。这意味着弦理论,(假设宇宙由微小的振动弦组成,并预测至少有10个微小的维度)仍然是正确的。

06 扩张加速 ……

物理学中最奇怪的发现之一是:宇宙不仅在膨胀,而且还在加速膨胀。

这一发现可以追溯到1998年,当时物理学家宣布了几个长期运行项目的结果,这些项目测量了特别重的超新星,称为“Ia型超新星”。这一结果(获得了2011年诺贝尔奖:研究者索尔·珀尔穆特、布莱恩·P·施密特和亚当·G·赖斯)揭示了这些超新星中最遥远的部分发出的弱于预期的光。这种微弱的光线表明空间本身正在膨胀:宇宙中的一切都在逐渐远离其他一切。

科学家们称这种膨胀的驱动力为“暗能量”,这是一种神秘的引擎,可以占宇宙能量的68%。这种暗能量似乎对宇宙起源理论的建立起了至关重要的作用。比如,由美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)所做的观测,这是一种迄今为止制作出最精确的宇宙微波背景图的仪器。

07 甚至比预期的还要快

2019年4月,哈勃望远镜发布的新结果加深了宇宙膨胀之谜。太空望远镜的测量结果显示,宇宙的膨胀速度比之前的观测结果快9%。根据美国宇航局的数据,对于星系来说,每隔地球330万光年的距离,就意味着每秒增加74公里,比早期的计算速度要快。

为什么这些对宇宙的起源很重要?因为,物理学家们肯定遗漏了一些东西。根据美国国家航空航天局的说法,在大爆炸期间和之后不久,可能有三次独立的暗能量“爆发”。这些爆发为我们今天看到的一切奠定了基础。第一个爆发,可能已经开始了最初的膨胀;第二个爆发,可能发生得更快,就像重重的踩了一脚宇宙的油门,导致宇宙膨胀得比以前想象的要更快;最后一次暗能量爆发,可能解释了今天宇宙加速膨胀的原因。

这一些都还需要进一步被证实。科学家们正在努力寻找。德克萨斯大学奥斯汀麦克唐纳天文台的研究人员正在使用一种新升级的仪器,即Hobby-Eberly望远镜,直接寻找暗能量。 该项目Hobby-Eberly望远镜暗能量实验(HETDEX),正在测量远在110亿光年星系的微弱光线,这将使研究人员能够看到宇宙加速度随时间的变化。他们还将研究40万年前宇宙中扰动的回声,这些扰动是在宇宙大爆炸后形成的稠密的粒子群中产生的。这也将揭示膨胀的奥秘,并解释驱动膨胀的暗能量。


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来自:timtxu  > 时尚科技
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