宇宙是否在旋轉(zhuǎn)？答案能告訴我們宇宙的基本性質(zhì)

據(jù)國外媒體報道，環(huán)顧太空，你會發(fā)現(xiàn)很多東西——行星、恒星、衛(wèi)星，甚至星系本身——都有一個共同點(diǎn)：它們在旋轉(zhuǎn)。那么，宇宙也在旋轉(zhuǎn)嗎?

宇宙學(xué)家一直在積極研究這個謎團(tuán)，因?yàn)檫@個問題的答案能告訴我們宇宙的基本性質(zhì)。“和大多數(shù)宇宙學(xué)問題一樣，這也是一個非常抽象的問題，但宇宙學(xué)研究者認(rèn)為，這是研究基礎(chǔ)物理學(xué)的一種方法，有些東西無法在地球的實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行驗(yàn)證，所以人們利用宇宙和宇宙的幾何結(jié)構(gòu)，從中獲得一些關(guān)于基礎(chǔ)物理學(xué)的新發(fā)現(xiàn)。

在思考宇宙的基本性質(zhì)時，科學(xué)家首先假設(shè)宇宙并沒有在旋轉(zhuǎn)，而是各向同性的，即宇宙在各個方向上看起來都是一樣的，這個假設(shè)與愛因斯坦的方程一致，但又不是這些方程所要求的，基于這種想法，科學(xué)家建立了一個描述宇宙的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型。

這種假設(shè)已經(jīng)整合到計算方法中，分析數(shù)據(jù)和做其他很多事情的方式也與此有關(guān)，但這種假設(shè)必須得到驗(yàn)證，科學(xué)研究不能只抱著最好的希望。

為了了解這些關(guān)于宇宙及其基本物理學(xué)的假設(shè)是否正確，科學(xué)家收集了觀測數(shù)據(jù)，對模型進(jìn)行驗(yàn)證。他們特別使用了來自宇宙微波背景(cosmic microwave background，簡稱CMB)的輻射數(shù)據(jù)。這些輻射是我們所能觀測到的宇宙中最古老的光——在大爆炸后38萬年時發(fā)出——堪稱宇宙學(xué)家研究宇宙的信息寶庫。

宇宙微波背景輻射在各個方向上看起來幾乎是一樣的，但顯示出微小的溫度變化(只有千分之一度)，這種變化來自于宇宙歷史、內(nèi)容和幾何形狀的影響。通過研究這些差異，科學(xué)家可以看到宇宙是否以某種方式被扭曲——意味著一個方向上的旋轉(zhuǎn)或膨脹比另一個方向增加得更多，測量光的偏振(本質(zhì)上就是光的方向)同樣可以提供關(guān)于宇宙幾何結(jié)構(gòu)的信息。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙微波背景輻射沒有顯示出宇宙在旋轉(zhuǎn)的證據(jù)。此外，根據(jù)一項(xiàng)研究顯示，宇宙各向同性的可能性是120000∶1，這意味著無論你朝哪個方向看，宇宙看起來都是一樣的，另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，宇宙有95%的幾率是均勻的，表明在大尺度上，宇宙的任何地方都是相同的。

所有這些研究都表明，宇宙在很大程度上是均勻的，而且沒有在旋轉(zhuǎn)。這個結(jié)論很可能不會改變，未來幾十年里，天文學(xué)家對宇宙微波背景輻射的偏振測量可能會有所改善，但新的數(shù)據(jù)不太可能挑戰(zhàn)之前的發(fā)現(xiàn)。

宇宙沒有在旋轉(zhuǎn)的結(jié)果對于基于這一假設(shè)建立模型的宇宙學(xué)家來說無疑是一種解脫，而這也提供了一個關(guān)于我們在宇宙中位置的有趣視角。之所以提出這個問題，其實(shí)是源于認(rèn)為人類是宇宙中心的想法，事實(shí)上，我們是如此的渺小和微不足道，這真的很有趣。

宇宙微波背景

宇宙微波背景是宇宙學(xué)中“大爆炸”遺留下來的熱輻射，是一種充滿整個宇宙的電磁輻射，其特征與絕對溫標(biāo)2.725K的黑體輻射相同。宇宙微波背景的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是檢驗(yàn)大爆炸宇宙模型的里程碑，其觀測數(shù)據(jù)有時被稱為“大爆炸理論的四大支柱”之一(另外三種觀測數(shù)據(jù)分別是從星系紅移觀測到的哈勃膨脹、宇宙間輕元素的豐度，以及大尺度結(jié)構(gòu)和星系的演化)。

20世紀(jì)40年代，物理學(xué)家拉爾夫·阿爾菲和羅伯特·赫爾曼研究了宇宙大爆炸理論，提出若大爆炸存在，則宇宙膨脹應(yīng)該會拉長，并將極早期宇宙的高能輻射冷卻到微波范圍，并降溫至大約5K。換句話說，他們預(yù)言了宇宙微波背景的存在，然而，當(dāng)時這一預(yù)言并沒有引起人們的關(guān)注。1964年，美國射電天文學(xué)家阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜偶然發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景，他們也因此獲得了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎。

最有名的宇宙微波背景輻射觀測實(shí)驗(yàn)可能是美國國家航天航空局(NASA)的宇宙背景探測者(COBE)衛(wèi)星，運(yùn)行時間為1989—1996年。該實(shí)驗(yàn)在有限的探測能力下探測并定量了大尺度的各向異性。根據(jù)COBE的測量結(jié)果，宇宙微波背景輻射譜非常精確地符合溫度為2.726±0.010K的黑體輻射譜，證實(shí)了銀河系相對于背景輻射有一個相對的運(yùn)動速度。

數(shù)據(jù)分析結(jié)果還表明，扣除掉這個速度對測量結(jié)果的影響，以及銀河系內(nèi)物質(zhì)輻射的干擾，宇宙背景輻射具有高度各向同性，溫度漲落的幅度只有大約百萬分之五。目前的主流理論認(rèn)為，這個溫度漲落起源于宇宙在形成初期極小尺度上的量子漲落，它隨著宇宙的暴脹而放大到宇宙學(xué)的尺度上，并且正是由于溫度的漲落，造成宇宙物質(zhì)分布的不均勻性，最終得以形成諸如星系團(tuán)等大尺度結(jié)構(gòu)。

2001年6月，NASA推出了第二個宇宙微波背景太空任務(wù)，即威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)，以更精確地測量整個天空的大尺度各向異性，該任務(wù)在2003年披露了首次結(jié)果，顯示與宇宙暴脹及其他理論的預(yù)期大致相符。

WMAP對宇宙微波背景在不同方向上漲落的測量表明，宇宙的年齡是137±1億年，在宇宙的組成成分中，4%是一般物質(zhì)，23%是暗物質(zhì)，73%是暗能量;宇宙目前的膨脹速度是每秒71公里每百萬秒差距;宇宙空間是近乎于平坦的，它經(jīng)歷過暴脹的過程，并且會一直膨脹下去。

歐洲空間局(ESA)的普朗克衛(wèi)星是第三個觀測宇宙微波背景的太空任務(wù)，于2009年5月升空，目前正在進(jìn)行更詳細(xì)的觀測。【責(zé)任編輯/李小可】

來源：新浪科技

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