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三大新實驗欲揭暗能量神秘“面紗”

2013-10-29 12:04:37 來源:

  第二個新實驗是由日本東京大學(xué)科維理宇宙物理學(xué)與數(shù)學(xué)研究所的理論物理學(xué)家村山齊(音譯)領(lǐng)導(dǎo)的“圖像和紅移的斯巴魯測量(SuMIRe)”,這一項目在美國夏威夷進(jìn)行。它將于明年開始收集數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)收集方式與DES類似,但其方法更好。

  盡管這一項目只對宇宙十分之一而非八分之一的范圍進(jìn)行掃描,但其能看得更遠(yuǎn):遠(yuǎn)至130億光年而非100億光年。另外,與DES項目相比,SuMIRe項目的裝備也更精良,尤其是其擁有一個能對紅移進(jìn)行調(diào)查和分析的積分光譜儀。

  紅移是宇宙學(xué)家們獲得信息最重要的渠道之一,紅移會告訴科學(xué)家們星系與我們的距離。紅移由多普勒效應(yīng)造成,由于多普勒效應(yīng),從離開我們而去的恒星發(fā)出的光線光譜會向紅光光譜方向移動。美國天文學(xué)家埃德溫·哈勃于1929年確認(rèn),遙遠(yuǎn)的星系均遠(yuǎn)離我們地球所在的銀河系而去,同時,它們的紅移隨著它們的距離增大而成正比地增加。這一普遍規(guī)律稱為哈勃定律,它成為星系退行速度及其和地球的距離之間的相關(guān)基礎(chǔ)。這就是說,一個天體發(fā)射的光所顯示的紅移越大,該天體的距離越遠(yuǎn),它的退行速度也越大。DES項目缺乏光譜儀,因此,其必須依靠其他望遠(yuǎn)鏡來測量紅移。擁有積分光譜儀是SuMIRe項目的一個巨大優(yōu)勢。

  第三個實驗是位于智利阿塔卡瑪天文望遠(yuǎn)鏡偏振靈敏接收器(ACTPol),這一實驗由美國普林斯頓大學(xué)的萊曼·佩吉所領(lǐng)導(dǎo),這一實驗與上述兩個實驗都不相同。它主要研究宇宙微波背景(CMB)發(fā)出的微波,而非從星系那兒傳來的光。

  科學(xué)家們認(rèn)為,在誕生早期,宇宙溫度極高,隨后開始冷卻,在宇宙大爆炸后38萬年,形成被稱為微波背景輻射的“余燼”,因此,其保存了早期宇宙“模樣”的印記。

  當(dāng)代宇宙學(xué)理論同時還有一項重要預(yù)言,即微波背景輻射具有偏振性。在“大爆炸”之初,宇宙中尚未形成物質(zhì),質(zhì)子、中子和光子相互碰撞,使宇宙之光產(chǎn)生偏振。光本身可以看作是由一些微小的波構(gòu)成,這些波通常可以在任何一個平面上振動,均勻分布于各個方向。但是,光在受到折射或散射后有時會產(chǎn)生偏振,使光波的振動方向集中到特定平面上。

  據(jù)理論推算,在宇宙“大爆炸”之后約40萬年,帶電粒子開始形成最初的物質(zhì),宇宙中的光與物質(zhì)出現(xiàn)分離,但其偏振卻依然在微波背景輻射中得到保存。這一偏振是古老的光線與宇宙最初誕生的物質(zhì)最后接觸的“印記”,因此,探測它可以為研究宇宙早期狀況提供重要“指南”。

  ACTPol項目也將在智利的托洛洛山山頂進(jìn)行,實驗已于今年7月19日開始,目的是查找宇宙微波輻射的偏振。

  如果這三大實驗?zāi)軌虺晒Γ已芯拷Y(jié)論能相互印證的話,那么,這預(yù)示著我們朝著理解宇宙如何從一個比電子還小的物體擴(kuò)展為現(xiàn)在我們所看到的一個無限大的物體更近了一步。理論學(xué)家們可以將新數(shù)據(jù)納入其暗能量模型中,看看會出現(xiàn)什么結(jié)果。其他人也能使用這些數(shù)據(jù),或許會得出不同的結(jié)論。

  瘋狂的理論

  盡管大部分宇宙學(xué)家們競相努力,希望能早日揭示宇宙不斷膨脹的神秘性,但也有理論學(xué)家在試圖證明這種解釋是錯誤的。最近的一項研究來自于德國海德堡大學(xué)的理論物理學(xué)家克里斯托弗·維特里克,他不僅不相信暗能量,也根本不相信宇宙在膨脹。

  按照現(xiàn)代宇宙學(xué)的觀念,這無異于“異端學(xué)說”,但是,維特里克在arXiv上撰文指出,他已經(jīng)構(gòu)建出了一種完全不同的宇宙學(xué)框架,在這套框架內(nèi),宇宙并非在膨脹,而且,萬事萬物的質(zhì)量一直在增加。

  維特里克認(rèn)為,其他科學(xué)家認(rèn)為導(dǎo)致宇宙膨脹的紅移是宇宙的質(zhì)量不斷增加的結(jié)果。如果原子過去更輕,那么,它們釋放出的光會遵循量子力學(xué)法則,因此,其能量要比它們現(xiàn)在釋放出的光低。因為能量越低,光的波長越長,這就導(dǎo)致宇宙學(xué)家們將現(xiàn)在看到的現(xiàn)象看作是紅移。

編輯:周宣百