|
利用一臺(tái)設(shè)在南極，名為“宇宙河外偏振背景成像”（BICEP）的望遠(yuǎn)鏡,，美國(guó)科學(xué)家捕捉到引力波在宇宙最初圖景中產(chǎn)生的漣漪,。北京時(shí)間3月18日凌晨零點(diǎn)，哈佛大學(xué)史密森天體物理學(xué)中心宣布，在宇宙微波背景輻射中觀測(cè)到B模式偏振。這一發(fā)現(xiàn)的意義是什么？它能如何揭示宇宙誕生之謎,？ 宇宙暴漲理論與引力波有什么關(guān)系？ 暴漲理論最早由美國(guó)物理學(xué)家阿蘭?古斯(Alan Guth)提出,。他認(rèn)為,，在大爆炸后的10-37秒時(shí)，宇宙發(fā)生了一次急劇的膨脹,，宇宙從不到一個(gè)原子大小膨脹到一個(gè)足球的大小,。暴漲理論能解釋宇宙學(xué)家面臨的諸多難題，例如為什么可觀察宇宙表現(xiàn)出驚人的一致性,。盡管暴漲理論與宇宙學(xué)觀測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)相符合,，科學(xué)家仍缺少它存在的確鑿證據(jù)。 但宇宙學(xué)家認(rèn)為,，暴漲過(guò)程中短暫但劇烈的膨脹會(huì)產(chǎn)生引力波,，將時(shí)空在一個(gè)方向壓縮的同時(shí)在另一方向拉伸。今天,，原初引力波仍在宇宙中傳播,，但它們極其微弱、無(wú)法直接探測(cè),。它們會(huì)在微波背景輻射中留下印跡：使輻射偏振,，形成螺旋狀的特殊形態(tài)。這被科學(xué)家稱(chēng)之為宇宙微波背景的B模偏振,。 宇宙微波背景B模偏振的發(fā)現(xiàn)有什么意義？ 馬克?卡米奧庫(kù)斯基是最初對(duì)宇宙微波背景B模偏振進(jìn)行計(jì)算的宇宙學(xué)家之一,，這位約翰霍普金斯大學(xué)的教授評(píng)價(jià)說(shuō),，這一發(fā)現(xiàn)如同暗能量、宇宙微波背景一樣，是幾十年才有一次的重大發(fā)現(xiàn),。 從科學(xué)上看,，它首先驗(yàn)證了暴漲理論的正確性。大爆炸之后38萬(wàn)年時(shí),，輻射首次得以在宇宙中自由穿行,，宇宙微波背景輻射便是那時(shí)留下的痕跡。而引力波則出現(xiàn)于宇宙大爆炸后一瞬間,，并疊加在微波背景輻射的信號(hào)上,。宇宙微波背景輻射B模式的發(fā)現(xiàn)，使宇宙可追溯的歷史大大提前,。 這也是宇宙在暴漲過(guò)程中產(chǎn)生原初引力波的證據(jù),。100年前，愛(ài)因斯坦預(yù)言了引力波的存在,，但他同時(shí)認(rèn)為引力波非常微弱,，可能永遠(yuǎn)無(wú)法探測(cè)到。宇宙河外偏振背景成像（BICEP）望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)間接證明了引力波的存在,，這可能是目前對(duì)引力波最為信服的證據(jù),。 過(guò)去科學(xué)家認(rèn)為暴漲是一種量子現(xiàn)象，而引力是經(jīng)典物理范疇的作用力,。新發(fā)現(xiàn)說(shuō)明引力實(shí)質(zhì)上也是一種量子現(xiàn)象,，與自然界的其他三種基礎(chǔ)作用力一樣。協(xié)調(diào)經(jīng)典力學(xué)和量子理論一直是理論物理學(xué)家面臨的難題,，宇宙微波背景的B模偏振無(wú)疑在兩者之間架設(shè)了橋梁,。 只有暴漲過(guò)程能產(chǎn)生引力波嗎？ 不,，處于劇烈膨脹過(guò)程的大質(zhì)量物體都有可能產(chǎn)生?，F(xiàn)實(shí)中，我們可能直接探測(cè)到的引力波來(lái)自災(zāi)變性天體現(xiàn)象,，如兩個(gè)黑體碰撞并和,。世界上許多觀測(cè)站點(diǎn)都在嘗試從這些黑洞并和現(xiàn)象中獲得引力波的信息。按照愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論,，引力波是物質(zhì)作用于時(shí)空的一種方式,，即在大質(zhì)量物體附近，時(shí)空會(huì)彎曲,。這種彎曲會(huì)在宇宙中傳播,，就如同地震波在地殼中傳播一樣。但與地震波不同,，引力波即使在真空中也能以光速傳播,。 去年7月,，位于南極的南極望遠(yuǎn)鏡（SPT）也宣布發(fā)現(xiàn)宇宙微波背景輻射的B模偏振，這與哈佛大學(xué)的發(fā)現(xiàn)有什么不同,？ 科學(xué)家預(yù)測(cè)B模偏振有兩種：一種是在穿越宇宙時(shí),，星系和暗物質(zhì)的“引力透鏡”效應(yīng)使輻射產(chǎn)生了扭曲；另一種被稱(chēng)為原初模式,，理論上是由暴漲產(chǎn)生的,。南極望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的B模式屬于前者。 為什么要將觀測(cè)微波背景偏振望遠(yuǎn)鏡架設(shè)在南極,？ 南極望遠(yuǎn)鏡和宇宙河外偏振背景成像望遠(yuǎn)鏡都位于海拔2800米的南極大陸,，這并不是偶然，因?yàn)榇髿庵械乃魵鈺?huì)吸收微波輻射,，觀測(cè)宇宙微波輻射需要高海拔和干燥的空氣,。而且南極大陸至今沒(méi)有人類(lèi)定居，能排除手機(jī),、電視廣播等電子設(shè)備帶來(lái)的信號(hào)干擾,。 在尋找B模偏振方面，哈佛大學(xué)的科學(xué)家有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手嗎,？ 宇宙微波背景輻射的B模偏振是科學(xué)家們競(jìng)相爭(zhēng)奪的寶藏,。除上述南極望遠(yuǎn)鏡外，智利的阿塔卡馬宇宙學(xué)望遠(yuǎn)鏡等也在尋找B模式,。值得一提的是“普朗克”太空望遠(yuǎn)鏡,。自2009年發(fā)射升空以來(lái)，它一直在精細(xì)勘測(cè)宇宙微波背景,。去年3月,，“普朗克”團(tuán)隊(duì)發(fā)布了迄今精度最高的宇宙微波背景全天分布圖，有科學(xué)家基于這一分布圖計(jì)算過(guò)輻射偏振情況,?！捌绽士恕眻F(tuán)隊(duì)計(jì)劃今年發(fā)布第一批詳盡的全天偏振數(shù)據(jù)，這將有助于解答暴漲是如何產(chǎn)生的,，是什么驅(qū)動(dòng)暴漲等問(wèn)題,。
轉(zhuǎn)自求是理論網(wǎng)-科學(xué)普及
|
| 【打印本頁(yè)】 |