另一个重要证据,有了!

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■小溪/文

■L老师、郑伟/审校

 

决定着宇宙何去何从命运的暗能量不得不令人关注··|,相关的重要科学成果显示了暗能量的可能存在


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可暗能量的存在是否还有其它的证据呢|-··?的确有··|,还有一个重要的证据来自对“宇宙微波背景辐射”的观测··|--。


几十年前有人提出了“大爆炸宇宙论”··|,根据这个学说··|,宇宙空间应该充满微波背景辐射··|--。听起来真有点像天方夜谭··|,可宇宙大爆炸后遗留下来的微波背景辐射已被实验观测所证实··|--。更进一步··|,宇宙微波背景辐射在不同方向上存有的极微小差异也被精确地测量出来了··|,目前的结果只有用宇宙中可能存在着“暗能量”才能予以解释··|--。


在寻找这个重要证据的过程中发生了不少十分有趣的故事……··|--。


“宇宙微波背景辐射”(Cosmic Microwave Background Radiation··|,简称CMB)··|--。


“微波”是无线电波中一个有限频带的简称··|,即波长在1毫米~ 1米之间的电磁波··|,是分米波、厘米波、毫米波的统称··|--。微波频率比一般的无线电波频率高··|,频率在300 MHz(兆赫兹)~ 300 GHz(吉赫兹)之间··|--。


电磁波谱示意图(图片来自网络)

 

“辐射”是指物体的能量以电磁波或粒子的形式向外扩散··|--。自然界中的一切物体··|,只要温度在绝对零度(绝对零度简称0K··|,与摄氏零下273.15度相对应)以上··|,都会以电磁波或粒子的形式不停地向外传送能量··|,这种传送能量的方式被称为辐射··|--。


“宇宙微波背景辐射”是指来自宇宙空间背景的微波辐射··|--。为何宇宙空间会有微波辐射呢|-··?这要从“大爆炸宇宙论”的学说谈起··|,这种学说认为:宇宙诞生于距今约140亿年前的一次大爆炸··|,发生大爆炸时宇宙温度极高··|,之后慢慢降温··|,微波背景辐射约产生于大爆炸后的四十万年左右··|,是宇宙大爆炸之后的遗留辐射··|,它穿越了漫长的时间与空间后成为微波··|,均匀地分布在整个宇宙空间··|--。到现在··|,宇宙中应该还残留着大约绝对温度3K左右的热辐射··|,而科学家们则从宇宙微波背景辐射的微小涨落中找到了暗能量的身影··|--。




 

勒梅特(图片来自网络)

 

1927年··|,勒梅特用法文在《布鲁塞尔科学学会年刊》上发表了题为《考虑河外星云视向速度的常质量增半径均匀宇宙》的论文··|,表述了有关宇宙膨胀的一种新颖观念··|--。文中介绍了他新找到的一个新的广义相对论场方程的解··|,勒梅特认为:旋涡星云退行的现象是宇宙膨胀引起的··|--。


1929年··|,美国的哈勃(EdwinPowell Hubble··|,1889-1953)发表了题为《河外星云距离与视向速度的关系》的论文··|,公布了一个震惊科学界的发现··|--。他在分析了与银河系近邻的24个星系的观测数据后··|,发现大部分星系的光谱都存在红移现象··|,可以推算出它们都以每秒几百公里的速度在逐渐远离我们··|--。哈勃发现了一个规律(称为哈勃定律):一个星系的远离速度同这个星系离我们的距离成正比··|,离我们越远的星系向外运动的速度越快··|,这是宇宙正在膨胀的表现··|--。


哈勃定律为弗里德曼预言的宇宙膨胀模型提供了最重要的观测证据··|--。但哈勃定律无法说明宇宙的最初情况··|,也无法清楚地描述宇宙从初始之后的真正发展过程··|--。


哈勃(图片来自网络)

 

1931年··|,勒梅特对自己1927年的成果作了补充··|--。他指出:现在观测到的宇宙是由一个极端高热、极端压缩状态的“原初原子”膨胀而产生的··|--。那个“原初原子”在一场无比猛烈的爆发中炸成无数碎片··|--。这些碎片后来形成了无数的星系··|,至今仍在继续向四面八方飞散开去··|--。他本人称此为“原初原子假说”··|,实际上这就是宇宙大爆炸理论的前身··|--。但勒梅特的理论基本上仍然属于一种猜想··|,并没有从物理上提供坚实的理论基础··|--。




 

伽莫夫(图片来自网络)

 

阿尔弗(左)、赫尔曼(右)(图片来自网络)

 

1948年4月1日··|,美国《物理评论》杂志发表了伽莫夫等人署名··|,题为《化学元素的起源》的论文··|--。正是在这篇论文中··|,伽莫夫提出了宇宙大爆炸学说··|--。


伽莫夫认为:宇宙起源于一个温度和密度接近无穷大的“原始火球”··|,有过一段由密到稀、由热到冷的演化史··|--。这个演化过程伴随着宇宙的膨胀··|,开始时十分迅猛··|,如同一次规模巨大的爆炸··|,所以被称为“大爆炸宇宙模型”··|--。伽莫夫预言··|,根据这一模型··|,应能观测到宇宙空间残存着的温度很低的“背景辐射”··|--。


伽莫夫提出的“宇宙大爆炸学说”仍然只是一种推算与猜想··|,还缺乏有力的观测证据··|,因而刚开始时没有引起太多的关注··|,若干年后却越来越显示出它的深远影响··|--。伽莫夫被誉为真正的“大爆炸宇宙学之父”··|--。


不久··|,阿尔弗和赫尔曼估算出:如果宇宙最初的温度约为10亿度··|,由于宇宙的膨胀和冷却··|,它目前所残留的温度应该在绝对温度5-10 K··|--。但是他们的预言在当时并未引起科学界的足够重视··|--。



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