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宇宙图像中的反常现象

时间:2022-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:但是,这些数据还发现了一些和标准宇宙学模型不自洽的反常现象,这些反常现象促使科学家们去思考,是否在标准的宇宙学模型背后还隐藏着更深层次的物理。这些反常现象将促使我们回头去重新思考宇宙学研究中的一些最基本的假设,希望借助对普朗克卫星数据的进一步分析将会最终揭开这些反常现象的缘由。

到目前为止,普朗克卫星的观测结果和标准宇宙学模型的预言符合得非常好,高精度的实验数据对于宇宙学模型的相关参数给出了非常精确的测量。但是,这些数据还发现了一些和标准宇宙学模型不自洽的反常现象,这些反常现象促使科学家们去思考,是否在标准的宇宙学模型背后还隐藏着更深层次的物理。

在这些反常现象当中,通过比较实际观测到的全天空CMB温度涨落图像和最佳理论模型所给出的预期图像,可以得出他们之间的不一致。在大的观测尺度上,还存在着明显的温度涨落现象,这说明实际观测到的CMB温度涨落没有理论预言的那么强。这一结果在最初的WMAP卫星观测数据中已经被发现了,国内外众多学者利用众多模型对这一反常现象进行解释,现在更高精度的普朗克卫星也发现了这个反常,可进一步深入研究现有的宇宙学模型。

普朗克卫星发现的半球不对称现象和冷点现象

普朗克卫星数据还发现在CMB全天空温度涨落图像的两个半球上CMB的信号并不一致。图中显示的是CMB全天空温度涨落图像,横穿图像的白色实线(像一个“轴线”)将图像分为南北两个半球。通过颜色即可发现,南半球的CMB平均温度要明显高于北半球的平均温度。这一反常现象似乎在暗示宇宙在大的观测尺度上并不是高度的各向同性,部分区域的信号要明显强于全天空的平均信号。此外,普朗克数据还在南部天区发现了一块很大面积的“冷点”(也叫“冷斑”),其温度要明显低于全天空的CMB平均温度。这些反常现象将促使我们回头去重新思考宇宙学研究中的一些最基本的假设,希望借助对普朗克卫星数据的进一步分析将会最终揭开这些反常现象的缘由。

现代的宇宙学观测,特别是CMB观测,强有力地支持大爆炸宇宙学,并认为宇宙在极早期存在一个暴涨过程。暴涨模型的众多预言都已经被实验观测所证实,比如宇宙的平坦性等。

今天宇宙的年龄为138亿年,相比之下,38万年只是一瞬而已。具体比较之,如果将138亿年当成1天,那么38万年就只有区区2秒了。但这“2秒”却包含了关于宇宙起源的最重要信息。这也大大激发了宇宙学研究人员的积极性,他们的成功也得到了很好的回报,除了1978年度的诺贝尔奖之外,2006年度和2011年度的诺贝尔物理学奖也授给了宇宙学研究领域的科学家,以表彰他们关于宇宙的起源、宇宙的加速膨胀和宇宙中的暗能量的发现。

作为一个补充,现在关于暗能量的认识应该是很初步的。例如,宇宙常数是一个常数还是一个变量?若是一个变量,它会变大还是会变小?甚至在曾经的暴涨过程中,科学家们设计了一些模型,这些模型也尚未得到观测上的支持。从(以往的)物理学发展历程看,宇宙应该是简单的,但是那“轴线”却超出了科学家们的期望。当然,这样的宇宙图像会为小说家带来灵感。也许,在“星球战争”的传奇之中,这个“冷斑”和“轴线”会形成一些好战者“聚居”的基地。

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