盤(pán)點(diǎn)宇宙大爆炸六大神秘之謎

大爆炸

鳳凰科技訊 北京時(shí)間2月25日消息，新科學(xué)家報(bào)道，1964年，美國(guó)新澤西州貝爾實(shí)驗(yàn)室的一對(duì)工程師在試圖建造更好的天線時(shí)意外發(fā)現(xiàn)了宇宙的起源。在排除城市噪音、核彈和鴿子的糞便后，這兩名工程師，阿諾·彭齊亞斯(Arno Penzias)和羅伯特·威爾森(Robert Wilson)稱他們的讀數(shù)里奇怪的無(wú)線電嘶嘶聲是第一個(gè)被證實(shí)的宇宙微波背景輻射（CMB）信號(hào)。這種余光產(chǎn)生于宇宙大爆炸之后，現(xiàn)在滲透了整個(gè)宇宙。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步加固了宇宙大爆炸理論作為宇宙起源的最好解釋，而彭齊亞斯和威爾森也因此得到了諾貝爾獎(jiǎng)?，F(xiàn)在50多年過(guò)去了，CMB幫助我們了解了宇宙的年齡、形狀和組成部分，以及它是如何進(jìn)化的細(xì)節(jié)。但是隨著每一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，CMB都提出了新的更令人費(fèi)解的問(wèn)題。以下是宇宙大爆炸研究引發(fā)的最令人苦惱的六大謎題。

1.  為什么早期宇宙如此光滑？

最初，CMB的地圖讓人不敢相信是真的。宇宙大爆炸之后，物質(zhì)應(yīng)該四處散落形成隨機(jī)的團(tuán)狀物。但是CMB顯示出宇宙竟不可思議的統(tǒng)一，似乎在宇宙早期膨脹過(guò)程中，這些遙遠(yuǎn)的區(qū)域一直彼此接觸。

20世紀(jì)80年代，物理學(xué)家提出了一個(gè)設(shè)想，也即宇宙大爆炸后宇宙經(jīng)歷了一個(gè)膨脹的時(shí)期——這個(gè)理論被稱為膨脹理論。CMB的最新地圖證實(shí)了該理論模型的某些預(yù)測(cè)，但并非所有的預(yù)測(cè)。即使這個(gè)理論是正確的，我們?nèi)匀徊恢朗裁匆鹆伺蛎?，它是何時(shí)開(kāi)始的以及為何結(jié)束。我們可能很快會(huì)有答案。膨脹引發(fā)了時(shí)空織布里的漣漪，后者被稱為引力波，這些引力波的信號(hào)特征將出現(xiàn)在未來(lái)更高分辨率的CMB地圖里，美國(guó)馬薩諸塞州州坎布里奇哈佛-史密松天體物理中心的艾維·勞埃伯(Avi Loeb)這樣說(shuō)道。“利用其它方式產(chǎn)生這些引力波并非易事?！?/p>

2.  大爆炸之前有其它事物嗎？

膨脹輕易的抹去了快速膨脹期之前的任何記錄，因此我們通過(guò)觀測(cè)天空無(wú)法回答這個(gè)問(wèn)題。此外，由于宇宙最初非常炙熱和密集，因此我們用于描述宇宙膨脹和進(jìn)化的方程式并不適用。將這些方程式與量子力學(xué)相結(jié)合的理論或可以對(duì)宇宙大爆炸之前存在的事物進(jìn)行數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)，雖然這一理論仍難以捉摸。當(dāng)然，這并沒(méi)有阻止人們利用CMB推測(cè)跳躍宇宙——也即陷入無(wú)限的膨脹和收縮循環(huán)——或者多重宇宙存在的可能性。

3.  古代生命是否可能出現(xiàn)在大爆炸的余光里？

CMB的光來(lái)自于充滿宇宙的過(guò)熱氣體或等離子體。這些物質(zhì)隨著時(shí)間的推移逐漸冷卻下來(lái)，產(chǎn)生了恒星和星系。而現(xiàn)在我們知道，距離宿主恒星太遙遠(yuǎn)的行星因過(guò)于寒冷而不適合生命的存在。但是CMB的溫度指數(shù)暗示著宇宙大爆炸之后1500萬(wàn)年，余光將足夠溫暖從而導(dǎo)致整個(gè)宇宙變成一個(gè)巨大的生命友好區(qū)。這個(gè)時(shí)期持續(xù)了幾百萬(wàn)年，足以讓微生物而非復(fù)雜生命體出現(xiàn)，勞埃伯暗示道。

4.  什么是暗物質(zhì)和暗能量？

早在1964年天文學(xué)家就已經(jīng)知道宇宙的某些區(qū)域存在比我們能看見(jiàn)的更多的物質(zhì)：基于我們對(duì)引力的最好理解，星系群里星系沿著自身軸線旋轉(zhuǎn)的速率比在不分崩離析的前提下星系的可見(jiàn)物質(zhì)允許星系旋轉(zhuǎn)的速率要快得多。CMB顯示不可見(jiàn)的暗物質(zhì)組成了宇宙里所有物質(zhì)的80%。但我們?nèi)匀徊恢肋@種神秘物質(zhì)是由什么組成的，或者它是否會(huì)出現(xiàn)在基于太空的實(shí)驗(yàn)或者地下探測(cè)器里。

同時(shí)，1998年進(jìn)行的超新星研究揭示了自大爆炸起宇宙不僅在膨脹，膨脹的速率還在不斷加速。這種效應(yīng)歸因于一種名為暗能量的奇特力量，CMB顯示它組成了宇宙里一切事物的68%。此外，暗能量還是物理學(xué)里最神秘的的力量之一。

5.  宇宙的最終命運(yùn)是什么？

對(duì)CMB的研究幫助我們追蹤了暗能量的行為，最終將為我們提供宇宙可能的最終命運(yùn)的信息。如果暗能量的強(qiáng)度仍然穩(wěn)定增加，那么宇宙可能會(huì)在一場(chǎng)大撕裂里分崩離析。然而，如果暗能量增加繼而又減少，那么某些結(jié)構(gòu)可能會(huì)從垂死的宇宙灰燼里重新生長(zhǎng)出來(lái)。如果暗能量保持在現(xiàn)在觀測(cè)到的速率水平，那么宇宙可能會(huì)永遠(yuǎn)膨脹并最終陷入黑暗和寒冷。

6.  大爆炸是否是個(gè)無(wú)法測(cè)試的理論？

如果這種穩(wěn)定的膨脹持續(xù)時(shí)間足夠長(zhǎng)，那么CMB的單一波長(zhǎng)可能會(huì)拉伸至和宇宙本身一樣大。這意味著萬(wàn)億年之后存在的人類將根本無(wú)法檢測(cè)到CMB，勞埃伯說(shuō)道。“我們對(duì)宇宙學(xué)研究的意義將完全喪失，因?yàn)槲覀儗o(wú)法從天空里發(fā)現(xiàn)任何宇宙大爆炸的痕跡?！?勞埃伯表示?！霸谖磥?lái)我們將形成一整套大爆炸理論，但我們卻無(wú)法證實(shí)它。那么宇宙學(xué)是否會(huì)變成宗教？至少在未來(lái)萬(wàn)億年，我們還無(wú)需擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題?！保ň幾g/嚴(yán)炎劉星）