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证据众多:宇宙大爆炸在所有地方同时进行

[日期:2016-11-14]   来源:科技日报社-中国科技网 (北京)  作者:科技日报社-中国科技网 (北京)   阅读:15[字体: ]

(原标题:证据众多:宇宙大爆炸在所有地方同时进行)
宇宙大爆炸是宇宙学最重要的部分,被誉为宇宙学的奠基石。
20世纪初,天文学家埃德温·哈勃和米尔顿·赫马森发现,几乎所有星系都在远离我们,其中一些甚至以每秒几十万公里的速度远离我们,这意味着整个宇宙正在膨胀。如果宇宙在膨胀,那么,过去的宇宙一定要比现在更小、更热而且更稠密。如果追溯到足够遥远的过去,就会发现在一个时刻,宇宙中所有的物质都被挤成一个点,只能向外扩张,这个瞬间就是宇宙大爆炸——这就是我们所熟知的宇宙大爆炸模型。
然而,宇宙大爆炸究竟讲述的是一个怎样的故事?美国费米国家实验室和斯坦福直线加速器中心联合出版的《对称》杂志近日揭示了鲜为人知的关于宇宙大爆炸的几个事实。
证据众多:宇宙大爆炸在所有地方同时进行


爆炸在所有地方同时进行
人们普遍认为,宇宙大爆炸发生在一个点。虽然确实可观测宇宙曾经是小到可以装进你的手掌中,但宇宙大爆炸并非从一个点开始,而是开始于所有地方,也就是说,宇宙并没有一个“起源”。
虽然有点违反常识,但所有证据都指向一个结论:大爆炸是在所有地方同时进行的。支持这一观点的证据是压倒性的,并且来自宇宙本身。基于对大尺度结构、星系团的分布、微波背景辐射等的一些观测,科学家们发现了两个重要的事实:在足够大的尺度上,宇宙是均匀(宇宙各处的特性都一样)且各向同性(每个方向看起来都一样)的。
或未描述万事万物真正起源
从广义上来说,“大爆炸”指的是宇宙膨胀以及炙热的早期宇宙的理论,然而,有时候甚至科学家们都使用这个术语来描述时间中的某个时刻——彼时彼刻,万事万物浓缩于一个点——一般将其称为“原初奇点”。可问题在于,我们既没有观察证据,也没有理论来描述这一时刻。
原初奇点是我们观测到的宇宙的起始点,但在此之前,宇宙发生了什么呢?是否还有其他事物或者事件发生呢?
回答这些问题的困难在于,在奇点之后出现的早期炙热的宇宙,以及名为“暴胀(inflation)”的快速膨胀过程,彻底摧毁了大部分(如果不是所有)关于大爆炸以前的历史信息。物理学家们一直在想方设法寻找更早期宇宙的信号,尽管我们目前没有发现任何确定的“蛛丝马迹”,但仍然不能排除这些信号。科学家们也为此提出了各种假说。
据国外媒体2012年报道,英国著名科学家罗杰·彭罗斯爵士称,已经发现了宇宙大爆炸之前还存在另一个宇宙的证据。在对宇宙微波背景辐射的研究中,发现了神秘的同心圆现象,可以认为宇宙之前还有宇宙,并且提供了在前一个宇宙中所发生事件的痕迹。
揭示宇宙间氢气和氦气来源
“大爆炸核合成”的想法最初于1948年由俄罗斯科学家乔治·伽莫夫、美国天文学家拉尔夫·阿尔弗以及罗伯特·赫尔曼共同提出。他们通过计算得知,早期宇宙炙热且稠密,使锂、氢、氦和氘(重氢)等宇宙间最轻的元素,在宇宙诞生之后几乎不到1秒钟的时间内,就由原初的核反应过程形成;更重的元素,比如氧、铁和铀在恒星和超新星爆发内形成。
最好的证据是宇宙微波背景辐射
大爆炸最好的证据是宇宙微波背景辐射。宇宙学家们此前已经可以认定,我们的宇宙诞生于大约138亿年前的一次大爆炸,时间与空间,一切自此开始。大爆炸后最初的一、二十万年里,宇宙还处于婴儿期,整个宇宙混沌一片,至少要到宇宙大爆炸之后38万年,宇宙才冷却到3000K(约为2726摄氏度)左右。这一温度足以让身处高度激发状态的电子依附到原子核上并形成原子物质。这一过程制造出了无数位于可见光范围内的光子,这些光子填满了整个宇宙,使得整个宇宙变得透明。
随着宇宙和空间本身不断膨胀,这些光的波长被拉伸到微波范围内,“摇身一变”成为宇宙创生时的“大闪光”——宇宙微波背景辐射。

1964年,美国射电天文学家阿诺·彭齐亚斯与罗伯特·威尔逊共同发现了宇宙微波背景辐射,这使得宇宙大爆炸理论成为宇宙学研究中被公认的理论基础,他们也因此荣膺1978年的诺贝尔物理奖,微波背景辐射也成为支持宇宙大爆炸理论的重要证据之一。
自从宇宙微波背景辐射“现形”之后,科学家们开始使用各种太空设备,包括宇宙背景探险者卫星、威尔金森微波各向异性探测器,以及宇宙学家们此时此刻的“香饽饽”——由欧洲空间局发射的普朗克卫星来研究宇宙微波背景辐射,这些研究为科学家们提供了大量与早期宇宙和其最深层的结构有关的信息。