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暗物質(zhì)與暗能量

 池塘邊榕樹(shù)上 2012-10-10

2003年年底以來(lái),從國(guó)內(nèi)外眾多刊物和媒體評(píng)選出的2003年世界十大科技進(jìn)展新聞看,物質(zhì)本源及生物起源仍是世界科技關(guān)注的重點(diǎn),入選的多項(xiàng)科技進(jìn)展都屬于這一領(lǐng)域。其中,"科學(xué)家發(fā)現(xiàn)暗能量存在的直接證據(jù)"這一物質(zhì)本源研究進(jìn)展更是受到廣泛關(guān)注。如美國(guó)“科學(xué)”雜志評(píng)出年度十大科學(xué)成就時(shí)評(píng)價(jià)說(shuō),“明確宇宙能量分布,找到暗物質(zhì)和暗能量存在的新證據(jù),是2003年所取得的最重大的科學(xué)突破?!?/font>

WMAP.jpg (53795 字節(jié))2003年7月23日,美國(guó)匹茲堡大學(xué)斯克蘭頓(Scranton)博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)多國(guó)科學(xué)家小組宣布,他們借助美國(guó)“威爾金森微波各向異性探測(cè)器”(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,簡(jiǎn)稱(chēng)WMAP)(右圖)的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)(觀(guān)測(cè)宇宙微波背景輻射的微小變化),發(fā)現(xiàn)了暗能量存在的直接證據(jù)。作為“大爆炸”的“余燼”,宇宙微波背景輻射大約在“大爆炸”后38萬(wàn)年產(chǎn)生,其中的光子在宇宙中穿行時(shí)會(huì)經(jīng)歷一系列物理過(guò)程,特別是在經(jīng)過(guò)質(zhì)量較大的星系時(shí),這些光子將遭遇“引力陷阱”。探測(cè)結(jié)果顯示,宇宙年齡約為137億年,宇宙由23%的暗物質(zhì),73%的暗能量,4%的普通物質(zhì)組成。宇宙中所占比例最多的東西反而是人類(lèi)最遲也是最難了解的,至今僅知道它們存在著,但還不清楚它們的性質(zhì)?! ?/font>

斯克蘭頓等人介紹說(shuō),如果星系主要由普通物質(zhì)組成,那么光子在落入“引力陷阱”以及從中逃逸出來(lái)的過(guò)程中,由于“陷阱”深度固定,其能量總體上將不會(huì)變化。但是,如果星系中包含暗能量,情況就會(huì)不同。由于暗能量的排斥力作用,光子在落入“引力陷阱”并逃出來(lái)的過(guò)程中,“陷阱”會(huì)逐漸變淺,能量反而增加。體現(xiàn)在微波背景輻射觀(guān)測(cè)圖上,經(jīng)過(guò)這些星系區(qū)域的宇宙微波背景輻射溫度將出現(xiàn)細(xì)微上升。(右圖為威爾金森各向異性微波探測(cè)器觀(guān)測(cè)到的宇宙第一束光線(xiàn)--宇宙大爆炸的余輝)sdss-telescope.jpg (27652 字節(jié))

斯克蘭頓博士等將WMAP以及另一項(xiàng)名叫“斯隆數(shù)字天宇測(cè)量”(Sloan Digital Sky Survey,簡(jiǎn)稱(chēng)SDSS)(測(cè)定宇宙中星系的位置和彼此間距離)觀(guān)測(cè)計(jì)劃的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)一些大質(zhì)量星系區(qū)域的宇宙微波背景輻射溫度確實(shí)出現(xiàn)了微升??茖W(xué)家認(rèn)為,這一結(jié)果只有用暗能量才能予以解釋。(左圖中左側(cè)的黑色物為SDSS的主望遠(yuǎn)鏡)

“暗物質(zhì)、暗能量”到底是怎么回事呢?

暗物質(zhì)

普通物質(zhì)是那些在一般情況下能用眼睛或借助工具看得著的東西,即使藏身于最黑暗的角落,只要有光照總能發(fā)現(xiàn)它們。

誰(shuí)最先發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)呢?二十世紀(jì)30年代,瑞士天文學(xué)家茨威基(Fritz Zwicky,1898-1974)(左圖)發(fā)表了一個(gè)驚人結(jié)果:在星系團(tuán)中,看得見(jiàn)的星系只占總質(zhì)量的1/300以下,而99%以上的質(zhì)量是看不見(jiàn)的。茨威基首先發(fā)現(xiàn)了暗物質(zhì)的存在,他的發(fā)現(xiàn)大大推動(dòng)了物理學(xué)的發(fā)展,他對(duì)科學(xué)的重大貢獻(xiàn)是不可估量的。但當(dāng)時(shí)許多人并不相信茨威基的結(jié)果。由于暗物質(zhì)根本不與光發(fā)生作用,更不會(huì)發(fā)光,在天文上用光的手段絕對(duì)看不到暗物質(zhì)。(右圖為茲威基正在望遠(yuǎn)鏡前觀(guān)察taiyangxi.jpg (26904 字節(jié))

           

萬(wàn)物之間存在萬(wàn)有引力,太陽(yáng)系的九大行星圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)(左圖),越往外其轉(zhuǎn)動(dòng)的速度越低,比如地球繞日速度是每秒30公里,高于火星,而火星的速度又高于位于它之外的木星,這是典型的中間有一顆大恒星的行星系表現(xiàn)。

二十世紀(jì)70年代初,科學(xué)家在觀(guān)測(cè)宇宙其他一些星系(包括銀河系(右圖)中的恒星運(yùn)行速度時(shí)就發(fā)現(xiàn),越往外,圍繞中心的速度并不都是衰減下去,而是和內(nèi)圈恒星的速度差不多。這與越往外,物質(zhì)越少,引力也越小,速度也應(yīng)該越低的常規(guī)不符。由此反推,此時(shí)雖然外圈的那些能被直接觀(guān)測(cè)到、數(shù)出來(lái)的星星數(shù)目變少了,但其實(shí)內(nèi)部的物質(zhì)數(shù)量并沒(méi)有減少,引力也沒(méi)有變小,只不過(guò)觀(guān)測(cè)不到而已,科學(xué)家們大膽地猜測(cè):宇宙中一定有某些物質(zhì)沒(méi)有被我們的天文觀(guān)測(cè)所發(fā)現(xiàn),這些物質(zhì)被稱(chēng)為“暗物質(zhì)”。

ugc10214.jpg (69499 字節(jié))UGC10214星系是天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的一個(gè)典型例子(左圖),其中的物質(zhì)不停地向它自己的外圍流出,但在其外圍卻看不到任何別的星系存在。據(jù)猜測(cè),該星系的旁邊存在著一種“暗星系”,這些物質(zhì)流就是在暗星系引力的作用下才流出來(lái)的。

科學(xué)家認(rèn)為,通過(guò)測(cè)量物體圍繞星系轉(zhuǎn)動(dòng)的速度可以找到暗物質(zhì)存在的證據(jù)。根據(jù)人造衛(wèi)星運(yùn)行的速度和高度,就可以測(cè)出地球的總質(zhì)量。根據(jù)地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的速度和地球與太陽(yáng)的距離,就可以測(cè)出太陽(yáng)的總質(zhì)量。同理,根據(jù)物體(星體或氣團(tuán))圍繞星系運(yùn)行的速度和該物體距星系中心的距離,就可以估算出星系范圍內(nèi)的總質(zhì)量。計(jì)算的結(jié)果發(fā)現(xiàn),星系的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于星系中可見(jiàn)星體的質(zhì)量總和,推算的結(jié)果:星系中的暗物質(zhì)約占宇宙物質(zhì)總量的20-30%。

暗物質(zhì)的物理組成到底是什么?科學(xué)家們?cè)缦韧茰y(cè)它可能由一種不帶電的、質(zhì)量很輕的、數(shù)目繁多的中微子構(gòu)成,中微子的運(yùn)動(dòng)速度很快,可稱(chēng)之熱暗物質(zhì);相對(duì)的,候選者還有可能是種質(zhì)量大的、運(yùn)動(dòng)慢、引力大的冷暗物質(zhì)粒子。天文學(xué)家后來(lái)在實(shí)際的觀(guān)測(cè)和計(jì)算當(dāng)中發(fā)現(xiàn),答案更傾向于后者。冷暗物質(zhì)粒子很可能是宇宙早期遺留下來(lái)的穩(wěn)定、只有弱作用的重粒子(WIMP)。

        

2003年7月28日,以享克-霍克斯特(Henk Hoekstra)為首的加拿大多倫多大學(xué)(York University in Toronto)的天文學(xué)家成功測(cè)出了看不見(jiàn)的星系光暈(Dark matter halos)(也稱(chēng)暈圈,星系光環(huán))的大小并確定了其形狀(左圖)。根據(jù)最新的天文學(xué)理論,這些星系由暗物質(zhì)構(gòu)成。多倫多大學(xué)的天文學(xué)家解釋稱(chēng),這些光暈的體積要比看得見(jiàn)的星系(也就是發(fā)光物質(zhì)——星體)體積大5—8倍。

dark-gravitational-lens.jpg (102024 字節(jié))享克-霍克斯特與他的同事霍華德-伊(Howard Yee),以及目前在加利福尼亞帕薩迪納(Pasadena)天文臺(tái)工作的邁克爾-哥拉德(Michael Gladders)等在各自的研究中都運(yùn)用了“引力透鏡”(gravitational lens)效應(yīng)(即質(zhì)量龐大的天體通過(guò)引力作用使其它光源發(fā)出的光線(xiàn)在行進(jìn)過(guò)程中發(fā)生偏離和扭曲)(右圖)。天文學(xué)家們通過(guò)測(cè)算光線(xiàn)與光源之間的偏移度就可以對(duì)那些借助任何儀器都難以觀(guān)察得到的天體進(jìn)行研究。

keck.jpg (63815 字節(jié))天文學(xué)家利用1億像素的數(shù)碼照相機(jī)和安裝在夏威夷島上的大功率天文望遠(yuǎn)鏡(Keck)(左圖),對(duì)150多萬(wàn)個(gè)被附近12萬(wàn)個(gè)星系的“引力透鏡”所扭曲的遙遠(yuǎn)星系的形狀進(jìn)行了研究。這一研究過(guò)程從1999年開(kāi)始持續(xù)了兩年,然后又花了兩年時(shí)間對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。最后得出結(jié)論:這些看不到的光暈被急劇“削弱”而形成雞蛋狀或橄欖球狀。

享克-霍克斯特還指出,我們所在的星系—銀河系的光暈超過(guò)50萬(wàn)光年,其質(zhì)量約為太陽(yáng)的8800億倍。

這一研究數(shù)據(jù)再次證實(shí)了當(dāng)前被天文學(xué)界普遍接受的理論——宇宙充滿(mǎn)著冷暗物質(zhì)”,也就是運(yùn)動(dòng)較緩慢的微粒(與快速運(yùn)動(dòng)的“熱”微粒相區(qū)別)(“熱暗物質(zhì)”占的比例極小)。這一研究結(jié)果還為其它宇宙模式理論給予了必要的沖擊。因?yàn)槟壳耙恍┛茖W(xué)家試圖發(fā)展另外一種學(xué)說(shuō),即不存在任何暗物質(zhì),所觀(guān)測(cè)到的“引力透鏡”現(xiàn)象也只是星系中普通物質(zhì)萬(wàn)有引力定律的特殊情況。但享克-霍克斯特教授相信,他們的研究工作將最終推翻這種學(xué)說(shuō)。

         

世界各國(guó)的科學(xué)家為尋找暗物質(zhì)正在進(jìn)行著各種實(shí)驗(yàn)。   

近十年前,一些科學(xué)家開(kāi)始探索用測(cè)量年度調(diào)制的方法探測(cè)可能存在的冷暗物質(zhì)粒子—弱作用粒子WIMP。由于地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的原因,使得地球與WIMP的相對(duì)速度隨季節(jié)變化,在每年的6月份可能通過(guò)一個(gè)較高的WIMP流強(qiáng),而在每年的12月份可能通過(guò)一個(gè)較低的WIMP流強(qiáng),比率的漲落差約為7%。WIMP的年度調(diào)制,有助于將WIMP信號(hào)從本底中剝離出來(lái)。為了探測(cè)到這一調(diào)制,需要有大規(guī)模、很低放射性本底的探測(cè)器。

意大利格朗薩索(Gran Sasso)國(guó)家地下實(shí)驗(yàn)室(位于地下1400米深處)DAMA實(shí)驗(yàn)組從1996年開(kāi)始選用放射性本底極低的碘化鈉晶體陣列來(lái)探測(cè)WIMP。實(shí)驗(yàn)的初步結(jié)果觀(guān)察到了碘化鈉晶體中的原子核與WIMP粒子碰撞的效應(yīng)也隨季節(jié)有微小的變化,即觀(guān)察到了它的年調(diào)制效應(yīng),并由此推算出WIMP粒子的質(zhì)量至少比質(zhì)子大50倍,引起世界科學(xué)界的重視。(右圖為安裝在意大利格朗薩索國(guó)家實(shí)驗(yàn)室中的碘化鈉晶體陣列)中國(guó)科學(xué)家參加了此項(xiàng)國(guó)際合作。DAMA組的結(jié)果說(shuō)明了有WIMP可能存在的初步證據(jù),但美國(guó)斯坦福大學(xué)的科學(xué)家作了與DAMA類(lèi)似的實(shí)驗(yàn),尚未能證實(shí)DAMA的結(jié)果。最后的結(jié)論還有期待國(guó)際上更多實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,例如,建在英國(guó)北約克郡(North Yorkshire)海岸博爾比(Boulby)地下1100米深處鹽鉀堿礦的英國(guó)暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)中心已經(jīng)于2003年4月28日正式啟動(dòng)。

        

除了地下的探測(cè),利用強(qiáng)磁場(chǎng)和精密探測(cè)器來(lái)探測(cè)宇宙空間的反物質(zhì)和暗物質(zhì),探索和研究宇宙物理學(xué)、基本粒子物理學(xué)和宇宙演化學(xué)的一些重大和疑難問(wèn)題的阿爾法(α)磁譜儀AMS1-01.jpg (23341 字節(jié))(Alpha Magneitic Spectrom-eter,簡(jiǎn)稱(chēng)AMS)的研制工作正在進(jìn)行。AMS是人類(lèi)送入宇宙空間的第一個(gè)大型磁譜儀,這是美籍華裔物理學(xué)家丁肇中教授提出并領(lǐng)導(dǎo)的大型國(guó)際合作科學(xué)研究項(xiàng)目,由美國(guó)和中國(guó)等10多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的37個(gè)科研機(jī)構(gòu)參加科研工作。1998年6月,AMS由“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)載入太空,進(jìn)行了約10天的試驗(yàn)性探測(cè)。計(jì)劃將來(lái)通過(guò)航天飛機(jī)把它送到由美、俄、西歐、日本和加拿大等國(guó)聯(lián)合研究的“國(guó)際空間站”上運(yùn)行3-5年。左圖為“發(fā)現(xiàn)號(hào)”航天飛機(jī)上的AMS

AMS由一個(gè)直徑約1.2米、高0.8米、重量約為1.85噸的圓環(huán)形永磁體產(chǎn)生均勻的平行磁場(chǎng),磁束密度約為0.15特斯拉。圓環(huán)內(nèi)安裝6層硅微調(diào)探測(cè)器,用來(lái)記錄帶電宇宙射線(xiàn)粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。一個(gè)帶正電荷的粒子在穿過(guò)磁場(chǎng)時(shí),其運(yùn)動(dòng)方向?qū)⑴c帶負(fù)電的相反。根據(jù)每層記錄下來(lái)的帶電粒子穿過(guò)的軌跡,可以推算出粒子的偏轉(zhuǎn)方向及帶電荷的大小。帶電荷量愈大,ams-02.jpg (57629 字節(jié))在穿過(guò)每層硅微調(diào)探測(cè)器時(shí)能量損失愈快。具有較大動(dòng)量的粒子在穿過(guò)探測(cè)器時(shí)偏轉(zhuǎn)的角度較小,從而可以估計(jì)出粒子的質(zhì)量。磁譜儀的上、下兩層還裝有閃爍體,當(dāng)粒子穿過(guò)時(shí)會(huì)發(fā)出亮點(diǎn),其亮度與粒子穿過(guò)時(shí)的能量成正比。通過(guò)上、下兩層光點(diǎn)亮度及穿過(guò)瞬間的比較,可以得出粒子能量的損失大小以及粒子穿過(guò)所需的時(shí)間。反物質(zhì)、暗物質(zhì)在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)表現(xiàn)出不同的特點(diǎn),因而可以探測(cè)出來(lái)。

AMS能精確測(cè)量存在于太空中的反質(zhì)子、正電子、光子和其它粒子的能量分布,從而有可能揭開(kāi)暗物質(zhì)的秘密。中國(guó)在這項(xiàng)重要的研究和應(yīng)用中也作出了重要的貢獻(xiàn)。(右圖為由中國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)制造的AMS-01永磁體系統(tǒng)在北京進(jìn)行震動(dòng)實(shí)驗(yàn))

暗能量

天文學(xué)家認(rèn)為,暗能量在宇宙中起斥力作用,但又不能?chē)?yán)格說(shuō)其是一種斥力,只能稱(chēng)其為能量。宇宙大爆炸時(shí)發(fā)生膨脹,產(chǎn)生的能量把物質(zhì)往外排斥,暗能量斥力作用的發(fā)現(xiàn),使學(xué)者們認(rèn)識(shí)到,宇宙不光是在膨脹,而且還是在加速膨脹。

暗能量在宇宙中更像是一種背景,讓人根本感覺(jué)不到它的存在,但它確實(shí)存在,且起著非同一般的作用。有人把暗能量稱(chēng)為“真空能”。上世紀(jì)20、30年代,就有科學(xué)家認(rèn)為真空不空,只是物理的探測(cè)儀器探測(cè)不到“真空”中并非真的什么都沒(méi)有。

         

對(duì)暗能量理論上的猜測(cè)可追溯到愛(ài)因斯坦年代,1915年愛(ài)因斯坦(Albert Einstein,1879-1955)(右圖)提出了廣義相對(duì)論,這是自牛頓時(shí)代以來(lái)第一次出現(xiàn)的重力理論。1917年,他將廣義相對(duì)論公式應(yīng)用到整個(gè)宇宙,想看看能否獲得對(duì)宇宙本質(zhì)的新認(rèn)識(shí)。世界上的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家隨即開(kāi)始解其中的引力方程,方程有兩種解,結(jié)論是宇宙不會(huì)完全靜止,宇宙沒(méi)有靜止點(diǎn)。

RiessSNuniverse.gif (29270 字節(jié))方程的第一種解是,如果宇宙只存在引力,沒(méi)有別的力作用的話(huà),出于相互吸引,宇宙不可能靜止.

方程的另一種解是,宇宙爆炸的那一瞬間獲得了一個(gè)初速度,向外膨脹,但由于引力作用往回拉,宇宙肯定越脹越慢,所以宇宙不是膨脹就是收縮,不可能靜止。 

愛(ài)因斯坦覺(jué)得從哲學(xué)思想上分析,這兩種解都不合適,按他的想法宇宙應(yīng)該是靜止的,不能永不停息的運(yùn)動(dòng)。因此,愛(ài)因斯坦又向廣義相對(duì)論引力方程中引入了一項(xiàng)“宇宙常數(shù)”(cosmological constant λ)。這個(gè)宇宙常數(shù)起排斥力的作用,有了該常數(shù)之后,引力方程同時(shí)具備了引力和斥力,正好能夠達(dá)到平衡,可讓宇宙“靜止”下來(lái)。

         

上世紀(jì)20年代,美國(guó)著名天文學(xué)家哈勃(Edwin Powell Hubble,1889-1953)(右圖)經(jīng)過(guò)觀(guān)測(cè)發(fā)現(xiàn),宇宙確實(shí)是在不斷膨脹,他根據(jù)星系的距離和運(yùn)行速度證實(shí),離我們?cè)竭h(yuǎn)的星系向外運(yùn)動(dòng)的速度越快Hubble2.jpg (53338 字節(jié)),這是宇宙正在膨脹的表現(xiàn)。這一觀(guān)測(cè)結(jié)果完全與引入“宇宙常數(shù)”之前的引力方程的計(jì)算結(jié)果相契合,迅速得到了世界上絕大多數(shù)科學(xué)家的認(rèn)可。愛(ài)因斯坦本來(lái)是想把宇宙“靜止”下來(lái),但實(shí)際的宇宙是在膨脹著。他認(rèn)為:“引入宇宙常數(shù)是我這一生所犯的最大錯(cuò)誤!”(左圖為哈勃正在帕洛馬山上48英寸望遠(yuǎn)鏡前進(jìn)行天文觀(guān)測(cè))

但愛(ài)因斯坦提出的“宇宙常數(shù)”并未被科學(xué)家們遺棄,一小部分科學(xué)家此后在將觀(guān)測(cè)結(jié)果與理論進(jìn)行對(duì)比的時(shí)候,常常會(huì)把此常數(shù)捎帶上。如果計(jì)算結(jié)果顯示“宇宙常數(shù)”等于0,就證明該數(shù)確實(shí)不能用;反之,就證明愛(ài)因斯坦引入一個(gè)常數(shù)的思路是對(duì)的。

        

1997ff00.jpg (65545 字節(jié))1997年哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到一顆超新星,編號(hào)為“1997ff”(左圖)。美國(guó)馬里蘭州太空望遠(yuǎn)鏡研究所和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的天文學(xué)家通過(guò)對(duì)該超新星光線(xiàn)的相對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行的研究表明,“ 1997ff”爆發(fā)于110億年前,是迄今發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的超新星,當(dāng)時(shí)宇宙的年紀(jì)只有現(xiàn)在的四分之一,宇宙的膨脹很可能經(jīng)歷了一個(gè)先減速、后加速的過(guò)程??茖W(xué)家為愛(ài)因斯坦的“暗能量”理論找到了第一個(gè)直接證據(jù)。

超新星即爆炸中的恒星,它發(fā)出的亮度是幾十億顆恒星亮度的總和。測(cè)定超新星的亮度,可以用來(lái)判斷宇宙膨脹的速率。chaoxinxing.jpg (11802 字節(jié))在宇宙減速膨脹中誕生的星體,其發(fā)出的光到達(dá)地球時(shí),該星體和地球之間的距離由于膨脹減速的原因要比預(yù)計(jì)的近,因而地球上的觀(guān)測(cè)者會(huì)發(fā)現(xiàn)其光要比預(yù)計(jì)中更亮。(右圖為超新星的爆炸)

經(jīng)過(guò)大量的計(jì)算和分析,科學(xué)家們確認(rèn)“ 1997ff”的亮度是預(yù)計(jì)正常亮度的兩倍,比距離更近、更年輕的超新星爆炸發(fā)出的光還要亮??茖W(xué)家們據(jù)此判定,這顆超新星爆發(fā)于宇宙的減速膨脹階段。

科學(xué)家們指出,新發(fā)現(xiàn)和此前的觀(guān)測(cè)結(jié)論相結(jié)合,證實(shí)了宇宙膨脹先減速后加速,同時(shí)也證明宇宙中確實(shí)存在“暗能量”。

“暗能量”據(jù)認(rèn)為更接近能量,而非物質(zhì)??茖W(xué)家認(rèn)為,與暗物質(zhì)一樣,“暗能量”構(gòu)成了宇宙中不可見(jiàn)的一部分??茖W(xué)家估計(jì)“暗能量”可能占據(jù)了宇宙成分的三分之二,對(duì)它的了解對(duì)于理解時(shí)間、空間、物質(zhì)和能量具有關(guān)鍵作用。

      

1998年,天文學(xué)家們?cè)谀蠘O用80萬(wàn)立米氣球搭載BOOMERANG(Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics))微波探測(cè)器(氣球從1998年12月29日到1999年1月9日從37公里的高空飛越南極)boomerang2.gif (63578 字節(jié))BOOMERANG在空中控測(cè)了宇宙微波背景(CMB)下擾動(dòng)的大量樣本,其中,CMB是從各個(gè)方向襲擊地球的持續(xù)的電磁聲波。這些遙遠(yuǎn)的聲音是大爆炸之后的遺留輻射。他們探測(cè)的只是全天中的一小塊,得出的結(jié)論是:“宇宙常數(shù)”不等于0,且在整個(gè)宇宙中所占比例還很大。此后,“宇宙常數(shù)”正式被稱(chēng)為“暗能量”。

愛(ài)因斯坦沒(méi)有想到,當(dāng)初他認(rèn)為是錯(cuò)誤的“宇宙常數(shù)”——暗能量,竟然是極有道理的,幾乎可稱(chēng)得上是宇宙的本質(zhì)。

觀(guān)念的沖擊和突破

                    

波蘭天文學(xué)家哥白尼(Nicholas Copernicus,1473-1543)(左圖)1536年寫(xiě)成《天體運(yùn)行論》,1543年公開(kāi)出版。他在書(shū)中指出,地球不是宇宙的中心而是圍繞太陽(yáng)運(yùn)行的普通行星,其自身又以地軸為中心自轉(zhuǎn)。哥白尼的日心說(shuō)推翻了統(tǒng)治天文學(xué)1000多年的地心體系(即地球是宇宙中心的學(xué)說(shuō)),引起了全世界的軒然大波,人們不得不重新審視自身在宇宙中所扮演的角色。

在此之后,天文學(xué)上的發(fā)現(xiàn)不斷地突破人們所建構(gòu)的關(guān)于宇宙中心的知識(shí)體系,地球不是中心,太陽(yáng)也并非就是,銀河系也不是,隨著愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的提出,人們才認(rèn)識(shí)到宇宙根本沒(méi)有中心。

暗物質(zhì)和暗能量的存在是以前人類(lèi)無(wú)法想象的事情,隨著暗物質(zhì)、暗能量被證實(shí)存在,并證實(shí)它們?cè)谟钪嬷姓加泻艽蟊戎兀?/font>人們的觀(guān)念受到極大的沖擊和突破。“宇宙由暗物質(zhì)組成并因暗能量而彼此分開(kāi)”這一難以理解而且違反常理的宇宙模型,也由于WMAP、SDSS以及新的超新星數(shù)據(jù),逐漸得到了驗(yàn)證??茖W(xué)家們已經(jīng)開(kāi)始研究一系列新問(wèn)題,進(jìn)一步探索這些“不可見(jiàn)宇宙”如何影響銀河系和宇宙的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)。可以相信,人類(lèi)最終一定能夠理解宇宙的起源。

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