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三大新实验欲揭暗能量神秘“面纱”

2013-10-29 12:04:37 来源:

  第二个新实验是由日本东京大学科维理宇宙物理学与数学研究所的理论物理学家村山齐(音译)领导的“图像和红移的斯巴鲁测量(SuMIRe)”,这一项目在美国夏威夷进行。它将于明年开始收集数据,其数据收集方式与DES类似,但其方法更好。

  尽管这一项目只对宇宙十分之一而非八分之一的范围进行扫描,但其能看得更远:远至130亿光年而非100亿光年。另外,与DES项目相比,SuMIRe项目的装备也更精良,尤其是其拥有一个能对红移进行调查和分析的积分光谱仪。

  红移是宇宙学家们获得信息最重要的渠道之一,红移会告诉科学家们星系与我们的距离。红移由多普勒效应造成,由于多普勒效应,从离开我们而去的恒星发出的光线光谱会向红光光谱方向移动。美国天文学家埃德温·哈勃于1929年确认,遥远的星系均远离我们地球所在的银河系而去,同时,它们的红移随着它们的距离增大而成正比地增加。这一普遍规律称为哈勃定律,它成为星系退行速度及其和地球的距离之间的相关基础。这就是说,一个天体发射的光所显示的红移越大,该天体的距离越远,它的退行速度也越大。DES项目缺乏光谱仪,因此,其必须依靠其他望远镜来测量红移。拥有积分光谱仪是SuMIRe项目的一个巨大优势。

  第三个实验是位于智利阿塔卡玛天文望远镜偏振灵敏接收器(ACTPol),这一实验由美国普林斯顿大学的莱曼·佩吉所领导,这一实验与上述两个实验都不相同。它主要研究宇宙微波背景(CMB)发出的微波,而非从星系那儿传来的光。

  科学家们认为,在诞生早期,宇宙温度极高,随后开始冷却,在宇宙大爆炸后38万年,形成被称为微波背景辐射的“余烬”,因此,其保存了早期宇宙“模样”的印记。

  当代宇宙学理论同时还有一项重要预言,即微波背景辐射具有偏振性。在“大爆炸”之初,宇宙中尚未形成物质,质子、中子和光子相互碰撞,使宇宙之光产生偏振。光本身可以看作是由一些微小的波构成,这些波通常可以在任何一个平面上振动,均匀分布于各个方向。但是,光在受到折射或散射后有时会产生偏振,使光波的振动方向集中到特定平面上。

  据理论推算,在宇宙“大爆炸”之后约40万年,带电粒子开始形成最初的物质,宇宙中的光与物质出现分离,但其偏振却依然在微波背景辐射中得到保存。这一偏振是古老的光线与宇宙最初诞生的物质最后接触的“印记”,因此,探测它可以为研究宇宙早期状况提供重要“指南”。

  ACTPol项目也将在智利的托洛洛山山顶进行,实验已于今年7月19日开始,目的是查找宇宙微波辐射的偏振。

  如果这三大实验能够成功,而且研究结论能相互印证的话,那么,这预示着我们朝着理解宇宙如何从一个比电子还小的物体扩展为现在我们所看到的一个无限大的物体更近了一步。理论学家们可以将新数据纳入其暗能量模型中,看看会出现什么结果。其他人也能使用这些数据,或许会得出不同的结论。

  疯狂的理论

  尽管大部分宇宙学家们竞相努力,希望能早日揭示宇宙不断膨胀的神秘性,但也有理论学家在试图证明这种解释是错误的。最近的一项研究来自于德国海德堡大学的理论物理学家克里斯托弗·维特里克,他不仅不相信暗能量,也根本不相信宇宙在膨胀。

  按照现代宇宙学的观念,这无异于“异端学说”,但是,维特里克在arXiv上撰文指出,他已经构建出了一种完全不同的宇宙学框架,在这套框架内,宇宙并非在膨胀,而且,万事万物的质量一直在增加。

  维特里克认为,其他科学家认为导致宇宙膨胀的红移是宇宙的质量不断增加的结果。如果原子过去更轻,那么,它们释放出的光会遵循量子力学法则,因此,其能量要比它们现在释放出的光低。因为能量越低,光的波长越长,这就导致宇宙学家们将现在看到的现象看作是红移。

编辑:周宣百