宇宙大爆炸六大神秘之謎今天終被揭開

  最新科學家報道,1964年,美國新澤西州貝爾實驗室的一對工程師在試圖建造更好的天線時意外發現了宇宙的起源。在排除城市噪音、核彈和鴿子的糞便後,這兩名工程師,阿諾·彭齊亞斯(Arno Penzias)和羅伯特·威爾森(Robert Wilson)稱他們的讀數里奇怪的無線電嘶嘶聲是第一個被證實的宇宙微波背景輻射(CMB)信號。

  這種餘光產生於宇宙大爆炸之後,現在滲透了整個宇宙。這項發現進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。現在50多年過去了,CMB幫助我們瞭解了宇宙的年齡、形狀和組成部分,以及它是如何進化的細節。但是隨著每一項發現,CMB都提出了新的更令人費解的問題。

  以下是宇宙大爆炸研究引發的最令人苦惱的六大謎題。

  1.  為什麼早期宇宙如此光滑?

  最初,CMB的地圖讓人不敢相信是真的。宇宙大爆炸之後,物質應該四處散落形成隨機的團狀物。但是CMB顯示出宇宙竟不可思議的統一,似乎在宇宙早期膨脹過程中,這些遙遠的區域一直彼此接觸。

為什麼早期宇宙如此光滑?

  20世紀80年代,物理學家提出了一個設想,也即宇宙大爆炸後宇宙經歷了一個膨脹的時期——這個理論被稱為膨脹理論。CMB的最新地圖證實了該理論模型的某些預測,但並非所有的預測。即使這個理論是正確的,我們仍然不知道什麼引起了膨脹,它是何時開始的以及為何結束。

  我們可能很快會有答案。膨脹引發了時空織布裡的漣漪,後者被稱為引力波,這些引力波的信號特徵將出現在未來更高分辨率的CMB地圖裡,美國馬薩諸塞州州坎布裡奇哈佛-史密松天體物理中心的艾維·勞埃伯(Avi Loeb)這樣說道。“利用其它方式產生這些引力波並非易事。”

  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,因此我們通過觀測天空無法回答這個問題。此外,由於宇宙最初非常炙熱和密集,因此我們用於描述宇宙膨脹和進化的方程式並不適用。

  將這些方程式與量子力學相結合的理論或可以對宇宙大爆炸之前存在的事物進行數學預測,雖然這一理論仍難以捉摸。

爆炸之前有其它事物嗎?

  當然,這並沒有阻止人們利用CMB推測跳躍宇宙——也即陷入無限的膨脹和收縮循環——或者多重宇宙存在的可能性。

  3.  古代生命是否可能出現在大爆炸的餘光裡?

  CMB的光來自於充滿宇宙的過熱氣體或等離子體。這些物質隨著時間的推移逐漸冷卻下來,產生了恆星和星系。而現在我們知道,距離宿主恆星太遙遠的行星因過於寒冷而不適合生命的存在。

  但是CMB的溫度指數暗示著宇宙大爆炸之後1500萬年,餘光將足夠溫暖從而導致整個宇宙變成一個巨大的生命友好區。

 古代生命是否可能出現在大爆炸的餘光裡?

  這個時期持續了幾百萬年,足以讓微生物而非複雜生命體出現,勞埃伯暗示道。

  4.  什麼是暗物質和暗能量?

  早在1964年天文學家就已經知道宇宙的某些區域存在比我們能看見的更多的物質:基於我們對引力的最好理解,星系群裡星系沿著自身軸線旋轉的速率比在不分崩離析的前提下星系的可見物質允許星系旋轉的速率要快得多。

  CMB顯示不可見的暗物質組成了宇宙裡所有物質的80%。但我們仍然不知道這種神秘物質是由什麼組成的,或者它是否會出現在基於太空的實驗或者地下探測器裡。

暗物質

  同時,1998年進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。這種效應歸因於一種名為暗能量的奇特力量,CMB顯示它組成了宇宙裡一切事物的68%。此外,暗能量還是物理學裡最神秘的的力量之一。

  5.  宇宙的最終命運是什麼?

  對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的信息。如果暗能量的強度仍然穩定增加,那麼宇宙可能會在一場大撕裂裡分崩離析。

  然而,如果暗能量增加繼而又減少,那麼某些結構可能會從垂死的宇宙灰燼裡重新生長出來。

宇宙的最終命運是什麼?

  如果暗能量保持在現在觀測到的速率水平,那麼宇宙可能會永遠膨脹並最終陷入黑暗和寒冷。

  6.  大爆炸是否是個無法測試的理論?

  如果這種穩定的膨脹持續時間足夠長,那麼CMB的單一波長可能會拉伸至和宇宙本身一樣大。這意味著萬億年之後存在的人類將根本無法檢測到CMB,勞埃伯說道。

  “我們對宇宙學研究的意義將完全喪失,因為我們將無法從天空裡發現任何宇宙大爆炸的痕跡。” 勞埃伯表示。

大爆炸是否是個無法測試的理論?

  “在未來我們將形成一整套大爆炸理論,但我們卻無法證實它。那麼宇宙學是否會變成宗教?至少在未來萬億年,我們還無需擔心這個問題。”




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