當(dāng)前位置:首頁(yè)>科技> CMB的微小溫度差異能告訴我們什么?為什么能獲得諾貝爾獎(jiǎng)
發(fā)布時(shí)間:2025-10-27閱讀( 13)
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事實(shí)上,CMB是我們周?chē)囊粋€(gè)球體。但是,要可視化該球體,我們需要將其投射到二維,這與制造世界地圖的方法是一致的。下圖展示的是從地球上看到的CMB的理論表示,紅色是5.4開(kāi)爾文,藍(lán)色是0開(kāi)爾文。當(dāng)然,你在這張圖上看不到紅色或藍(lán)色,你看到的只是綠色,它代表2.7開(kāi)爾文。之所以到處是綠色的, 是因?yàn)镃MB在各個(gè)方向都是相同的。
1998年,一顆名為“宇宙背景探測(cè)器”(COBE)的衛(wèi)星升空,為了尋找CMB的微小變化。當(dāng)研究人員查看收集到的數(shù)據(jù)時(shí),他們發(fā)現(xiàn)天空的一半比另一半熱一點(diǎn):一邊是2.724開(kāi)爾文,另一邊是2.732開(kāi)爾文。這是怎么回事呢?這種微小的不均勻性是因?yàn)榈厍蛳鄬?duì)于CMB在移動(dòng),其基本思想就是多普勒頻移。
除此之外,我們還發(fā)射了另外兩顆衛(wèi)星:一顆于2001年發(fā)射的WMAP,另一顆是2009年發(fā)射的普朗克衛(wèi)星。每臺(tái)儀器都能夠以更高的精度拍攝宇宙微波背景輻射的圖像,而其中普朗克衛(wèi)星提供了最佳圖像。這簡(jiǎn)直是一個(gè)信息寶庫(kù),那里有很多科學(xué)知識(shí)等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。
這些斑點(diǎn)反映了宇宙38萬(wàn)歲時(shí)存在的聲波。聲音只是一種材料的密度變化,在這里這種材料是宇宙早期的等離子體。紅橙色的斑點(diǎn)是等離子體密度較大的地方,而藍(lán)色斑點(diǎn)是等離子體密度較低的位置。現(xiàn)在事實(shí)證明,在CMB變得可見(jiàn)之前,計(jì)算出在大爆炸熱等離子體中可能產(chǎn)生的最常見(jiàn)的波長(zhǎng)并不難。此外,我們還知道持有CMB的球體有多遠(yuǎn)。這兩個(gè)距離構(gòu)成一個(gè)三角形,天文學(xué)家可以計(jì)算出相鄰熱點(diǎn)之間最常見(jiàn)的角度。
在空間平坦的情況下,其結(jié)果大約是1°。如果空間以某種方式彎曲,例如球面或馬鞍面,那么連接CMB和我們眼睛的線就會(huì)扭曲。這將使表觀角度與平面空間中發(fā)生的不同,它會(huì)改變我們?cè)谙噜忺c(diǎn)之間看到的角距離。如果空間是球形的,則角度更大;如果是馬鞍形,則角度更小。這意味著測(cè)量相鄰點(diǎn)之間的距離是確定空間平坦度的好方法。
因此,如果我們查看普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù),我們可以確定熱點(diǎn)之間最常見(jiàn)的角度。在下面這張圖表中,數(shù)據(jù)線的峰值大約是1°,這意味著空間是平坦的或幾乎平坦的。因?yàn)檫@是一個(gè)測(cè)量實(shí)驗(yàn),這意味著度數(shù)并不是無(wú)限精確的,它具有與之相關(guān)的不確定性。如果你接受這種不確定性,你可以說(shuō)雖然平坦空間最有可能,但不確定性最多允許0.2%的空間曲率。0.2%的最大曲率意味著宇宙比我們所能看到的要大,整個(gè)宇宙的半徑至少是可見(jiàn)宇宙的500倍。所有信息都可以通過(guò)查看CMB中這些微小的不均勻性來(lái)確定。
CMB還有更多信息要告訴我們。例如,相鄰熱點(diǎn)和冷點(diǎn)之間的間距會(huì)隨著宇宙中普通物質(zhì)、暗物質(zhì)和暗能量的混合而改變。由于改變這些參數(shù)會(huì)改變預(yù)測(cè)結(jié)果,我們可以將預(yù)測(cè)結(jié)果和測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較,從而精確地確定宇宙中普通物質(zhì)和暗物質(zhì)的數(shù)量。
對(duì)CMB微小溫度差異的研究給了我們太多關(guān)于宇宙的信息,研究人員也獲得了2006年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 (www.ws46.com) |
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