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普朗克探测器捕捉宇宙最古老的光芒(图)

来源:中国青年报       更新时间:2010-7-21 11:35:33
 
> 捕捉到最古老的光,就可以研究最古老年代的物质

  让科学家们感到痴迷的,并不是宇宙微波背景辐射的出生年份,而是这些微弱的光芒可能帮助人们解答“宇宙起源”等听起来相当玄妙的问题。

  地图中各种颜色实际上对应着不同的温度起伏,而温度的分布又对应着物质在宇宙中的分布状况。捕捉到最古老的光,就可以研究宇宙中最古老年代的物质。

  来自意大利国家天体物理研究所的科学家甚至相信,“通过分析这张地图,人们将有可能寻找解释宇宙起源和发展最适合的理论,可能找到爱因斯坦预言的引力波,可能发现宇宙有11个维度,还有可能发现平行宇宙!”

  在更多的科学家看来,这张地图以及其尚未公布的观测数据将极有可能解决一个“困扰天体物理学界整整一代人的问题”:从大爆炸到今天,宇宙间究竟发生了什么。

  大爆炸理论相信,137亿年前,宇宙中所有物质都高度密集在一点,温度极高,终于发生了大爆炸。大爆炸之后,物质开始向外膨胀、冷却,并最终形成今天的宇宙。

  但是,如果以今天的膨胀速率来看,那个最初直径只有10-35米大小的宇宙,其内部空间不但不可能容纳如此多的星球,甚至“将比这句话末尾的句号还要小得多得多”。

  “暴涨理论”解决了物理学家们的烦恼。这个近30年来主导宇宙学的理论,可以提供一些反差极大的数字。比如,在10-36秒,一个接近于无穷小的宇宙,其直径就膨胀到10 1,000,000,000,000米。

  这是一个解决宇宙起源难题的好说法,却并非所有人都买账。至少就眼下而言,还没有什么人能找出究竟是哪股力量驱动了“暴涨”,又是哪股力量为“暴涨”叫停。

  科学家们都在等待普朗克带给他们的信息,“要么支持暴涨理论,要么否定它”。“暴涨理论是我们标准模型的一部分,但这个理论中也有许多变体,我相信普朗克可以将原有的暴涨模型范围缩小。”陶伯对“暴涨理论”很有信心。

  “只有精细地测量宇宙微波背景辐射才能做到这一切。”对测量精确性的要求已经远远超出普通人的想象,探测器必须能够区分出天空中不同两点大爆炸光子百万分之一甚至十亿分之一的温度差别。

  为此,在普朗克的“心脏”,一张用于收集宇宙微波辐射的“蜘蛛网般的探测器”,也由太空中最先进的制冷系统冷却到0.1开氐度。由此,它才能收集到那些“宇宙创生的余辉”。

  这是技术和金钱间的较量。美国芝加哥大学宇宙学家麦克尔·特纳对此毫不讳言:“这是一场激烈的竞赛,人人都想得到瑞典的那块金牌。”

  我是多么想知道宇宙最初的模样

  陶伯并没有多大摘取“瑞典金牌”的信心,“宇宙微波背景领域的实验已经两次拿到诺贝尔奖了,我们想要拿到第3块,可能性并不大。”

  在这个领域中从来不缺少充满竞争力的实验,无数的科学家与他们的探测器一起,用尽一生力量寻找“宇宙的第一束光”。宇宙背景探测器(COBE)出生于美国宇航局,并于1989年发射,这颗了不起的探测器为COBE首席科学家乔治·斯穆特带来了诺贝尔物理学奖。2001年发射的威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)在精确度上更胜一筹,它的灵敏度和角分辨率分别是COBE的45倍和33倍。

  但是,9年前就开始工作的WMAP并没能解决有关宇宙起源最本质的问题,据说,“理论物理学家之间的争论永无休止,WMAP的数据几乎已经被榨干了”。

  现在,科学界将希望赋予普朗克,它只需要半年时间就可以扫描到95%的天空。

  “如果没有对比,你很难顺利地找到大爆炸后残留在宇宙中的微波辐射。”斯穆特也看好远在太空的普朗克,因为对比恰恰是这个敏感的探测器的长项,它将扫描天空中电磁光谱的9个波段,其中包括了伽玛射线、可见光、无线电波等一切可能的辐射。

  只是,陶伯承认,敏感的普朗克如今为地球拍摄的照片,仍然没有被校准到需要的精确度。尽管这张令人震撼的地图收集到了比WMAP多达15倍的信息,但眼下,它并不能为充满火药味的学术争辩提供停战根据。

  银河系是这张地图中最灿烂的部分,但真正的科学研究必须从“剔除银河系”开始。只有将闪亮的银河系从地图中“清除干净”,那些由铁红色和橙色斑点组成的暗淡背景才是在整个宇宙中充斥着的“光的最原始的化石”。

  “将我们最感兴趣的光留下,让其他光消失,这才是整个任务中最艰难的一部分。”陶伯说。这个巨大的工程已经耗资6亿欧元(接近53亿元人民币),“但现在还没有到庆祝的时刻,想要获得最终的图

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