揭秘宇宙六大未解之谜 大爆炸是怎样形成的

2016-09-23 13:35 来源:驱动中国  我有话说
2016-09-23 13:35:13来源:驱动中国作者:责任编辑:许莹莹

揭秘宇宙六大未解之谜 大爆炸是怎样形成的

  1964年,美国新泽西州贝尔实验室的一对工程师在试图建造更好的天线时意外发现了宇宙的起源。在排除城市噪音、核弹和鸽子的粪便后,这两名工程师,阿诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和罗伯特·威尔森(Robert Wilson)称他们的读数里奇怪的无线电嘶嘶声是第一个被证实的宇宙微波背景辐射(CMB)信号。这种余光产生于宇宙大爆炸之后,现在渗透了整个宇宙。

  这项发现进一步加固了宇宙大爆炸理论作为宇宙起源的最好解释,而彭齐亚斯和威尔森也因此得到了诺贝尔奖。现在50多年过去了,CMB帮助我们了解了宇宙的年龄、形状和组成部分,以及它是如何进化的细节。但是随着每一项发现,CMB都提出了新的更令人费解的问题。以下是宇宙大爆炸研究引发的最令人苦恼的六大谜题。

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  1.为什么早期宇宙如此光滑?

  最初,CMB的地图让人不敢相信是真的。宇宙大爆炸之后,物质应该四处散落形成随机的团状物。但是CMB显示出宇宙竟不可思议的统一,似乎在宇宙早期膨胀过程中,这些遥远的区域一直彼此接触。

  20世纪80年代,物理学家提出了一个设想,也即宇宙大爆炸后宇宙经历了一个膨胀的时期——这个理论被称为膨胀理论。CMB的最新地图证实了该理论模型的某些预测,但并非所有的预测。即使这个理论是正确的,我们仍然不知道什么引起了膨胀,它是何时开始的以及为何结束。我们可能很快会有答案。膨胀引发了时空织布里的涟漪,后者被称为引力波,这些引力波的信号特征将出现在未来更高分辨率的CMB地图里,美国马萨诸塞州州坎布里奇哈佛-史密松天体物理中心的艾维·劳埃伯(Avi Loeb)这样说道。“利用其它方式产生这些引力波并非易事。”

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  2.大爆炸之前有其它事物吗?

  膨胀轻易的抹去了快速膨胀期之前的任何记录,因此我们通过观测天空无法回答这个问题。此外,由于宇宙最初非常炙热和密集,因此我们用于描述宇宙膨胀和进化的方程式并不适用。将这些方程式与量子力学相结合的理论或可以对宇宙大爆炸之前存在的事物进行数学预测,虽然这一理论仍难以捉摸。当然,这并没有阻止人们利用CMB推测跳跃宇宙——也即陷入无限的膨胀和收缩循环——或者多重宇宙存在的可能性。

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  3.古代生命是否可能出现在大爆炸的余光里?

  CMB的光来自于充满宇宙的过热气体或等离子体。这些物质随着时间的推移逐渐冷却下来,产生了恒星和星系。而现在我们知道,距离宿主恒星太遥远的行星因过于寒冷而不适合生命的存在。但是CMB的温度指数暗示着宇宙大爆炸之后1500万年,余光将足够温暖从而导致整个宇宙变成一个巨大的生命友好区。这个时期持续了几百万年,足以让微生物而非复杂生命体出现,劳埃伯暗示道。

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  4.什么是暗物质和暗能量?

  早在1964年天文学家就已经知道宇宙的某些区域存在比我们能看见的更多的物质:基于我们对引力的最好理解,星系群里星系沿着自身轴线旋转的速率比在不分崩离析的前提下星系的可见物质允许星系旋转的速率要快得多。

  CMB显示不可见的暗物质组成了宇宙里所有物质的80%。但我们仍然不知道这种神秘物质是由什么组成的,或者它是否会出现在基于太空的实验或者地下探测器里。

  同时,1998年进行的超新星研究揭示了自大爆炸起宇宙不仅在膨胀,膨胀的速率还在不断加速。这种效应归因于一种名为暗能量的奇特力量,CMB显示它组成了宇宙里一切事物的68%。此外,暗能量还是物理学里最神秘的的力量之一。

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  5.宇宙的最终命运是什么?

  对CMB的研究帮助我们追踪了暗能量的行为,最终将为我们提供宇宙可能的最终命运的信息。如果暗能量的强度仍然稳定增加,那么宇宙可能会在一场大撕裂里分崩离析。然而,如果暗能量增加继而又减少,那么某些结构可能会从垂死的宇宙灰烬里重新生长出来。如果暗能量保持在现在观测到的速率水平,那么宇宙可能会永远膨胀并最终陷入黑暗和寒冷。

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  6.大爆炸是否是个无法测试的理论?

  如果这种稳定的膨胀持续时间足够长,那么CMB的单一波长可能会拉伸至和宇宙本身一样大。这意味着万亿年之后存在的人类将根本无法检测到CMB,劳埃伯说道。“我们对宇宙学研究的意义将完全丧失,因为我们将无法从天空里发现任何宇宙大爆炸的痕迹。” 劳埃伯表示。“在未来我们将形成一整套大爆炸理论,但我们却无法证实它。那么宇宙学是否会变成宗教?至少在未来万亿年,我们还无需担心这个问题。”

  那么这个所谓的大爆炸理论会是正确的吗?科学的道路上从来就不是一帆风顺,将来,我们是否会推翻这个理论呢?

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