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三大新實驗欲揭暗能量神秘“面紗”

三大新實驗欲揭暗能量神秘“面紗”

2013-10-29 12:04:37

  第二個新實驗是由日本東京大學科維理宇宙物理學與數學研究所的理論物理學家村山齊(音譯)領導的“圖像和紅移的斯巴魯測量(SuMIRe)”,這一項目在美國夏威夷進行。它將于明年開始收集數據,其數據收集方式與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行掃描,但其能看得更遠:遠至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行調查和分析的積分光譜儀。

  紅移是宇宙學家們獲得信息最重要的渠道之一,紅移會告訴科學家們星系與我們的距離。紅移由多普勒效應造成,由于多普勒效應,從離開我們而去的恒星發出的光線光譜會向紅光光譜方向移動。美國天文學家埃德溫·哈勃于1929年確認,遙遠的星系均遠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基礎。這就是說,一個天體發射的光所顯示的紅移越大,該天體的距離越遠,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鏡來測量紅移。擁有積分光譜儀是SuMIRe項目的一個巨大優勢。

  第三個實驗是位于智利阿塔卡瑪天文望遠鏡偏振靈敏接收器(ACTPol),這一實驗由美國普林斯頓大學的萊曼·佩吉所領導,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)發出的微波,而非從星系那兒傳來的光。

  科學家們認為,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。

  當代宇宙學理論同時還有一項重要預言,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,質子、中子和光子相互碰撞,使宇宙之光產生偏振。光本身可以看作是由一些微小的波構成,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生偏振,使光波的振動方向集中到特定平面上。

  據理論推算,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,宇宙中的光與物質出現分離,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。

  如果這三大實驗能夠成功,而且研究結論能相互印證的話,那么,這預示著我們朝著理解宇宙如何從一個比電子還小的物體擴展為現在我們所看到的一個無限大的物體更近了一步。理論學家們可以將新數據納入其暗能量模型中,看看會出現什么結果。其他人也能使用這些數據,或許會得出不同的結論。

  瘋狂的理論

  盡管大部分宇宙學家們競相努力,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的理論物理學家克里斯托弗·維特里克,他不僅不相信暗能量,也根本不相信宇宙在膨脹。

  按照現代宇宙學的觀念,這無異于“異端學說”,但是,維特里克在arXiv上撰文指出,他已經構建出了一種完全不同的宇宙學框架,在這套框架內,宇宙并非在膨脹,而且,萬事萬物的質量一直在增加。

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

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