神秘的宇宙加速膨脹引起科學家極大興趣(圖)

——天文學家將在南極建造暗能量天文望遠鏡

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【明慧網2002年9月6日】據芝加哥論壇(Chigaco Tribune)8月30日消息,來自芝加哥大學和其它四個研究所的天文學家小組正準備在南極建造一個望遠鏡以研究宇宙膨脹的奧秘。該小組已經獲得國家自然科學基金一千六百六十萬美元的資助,預計該望遠鏡在四年以後正式工作。

這個望遠鏡計劃用於研究使宇宙加速膨脹的「暗能量」(Dark Energy)。 宇宙學家們認為我們宇宙起源於一次大爆炸,大爆炸使宇宙膨脹。這種膨脹速度應該是勻速的,或者因為星系之間的引力作用而逐漸減慢。

然而,宇宙好像故意跟宇宙學家們開了一個天大的玩笑:1998年、2002年兩組獨立的實驗觀測結果讓科學家們大吃一驚,宇宙膨脹在加速!

加速膨脹的宇宙意味著在足夠遙遠的將來比如幾十億年以後所有的星星,星系和其它的物質將遠離我們而去,宇宙將變成巨大的虛空。當然也有很多科學家並不相信這樣的結論。

究其原因,可能是我們對引力所知甚少。引力是科學家們研究得最早的一種相互作用,以前一切似乎也很清楚,就是地球上使得「蘋果落地」的那種作用力。但是宇宙學家們現在懷疑在宇宙尺度上,引力被某種稱為「暗能量」的東西所產生的排斥所抵消,表現出正好相反的特性。

「我們的確有了反引力,只是在非常大的尺度上。」負責設計和建造暗能量望遠鏡的加州大學宇宙學中心主任布魯斯﹒文斯坦(Bruce Winstein)說。

最奇怪是當宇宙膨脹時,它似乎能不斷產生更多的暗能量來推動以加速它的膨脹。「如果暗能量真的佔宇宙總質量的70%,且如現在的理論所估計的那樣,那麼現在它真的已經開始主宰宇宙中的一切了,」哈佛-斯密蘇年天文物理中心的托尼﹒斯塔克說,「它將禁止所有新星系的產生,從現在起星系形成的數量將大為減少。」然而,實際的觀測似乎並非如此,這麼多年過去了,新星系的形成仍然非常活躍。
 
科學家們在南極建造暗能量天文望遠鏡,將觀測距離我們50到70億光年的星系團簇。按照現時的宇宙論,那時宇宙的大小只有現在的三分之一左右,那時的星系將迅速形成團簇。當微波輻射穿越這些團簇時,團簇中的塵埃會使輻射波長發生微小的變化,這些變化就告訴了科學家們早期宇宙中星系團簇的數目。

暗能量與宇宙學中的另一不解之迷「暗物質」不同,暗物質指的是將旋轉星系中的星體維繫在一起不分崩離析的那些觀測不到的「物質」。科學家們通過對星系運動的觀測發現,要想讓旋轉星系中的星體保持在星系中而不離心而去,單靠這些星體之間的「引力」是遠遠不夠的,因此科學家們設想還有一種總質量比那些我們能觀察到的星體大的多的神秘的看不見的物質--「暗物質」施加了引力。科學家們認為這類暗物質佔宇宙質量的20%左右,而暗能量則佔了約70%。而我們能夠看得見的星體的質量只佔10%左右。

宇宙中星系的旋轉運動,是長期困惑科學家們的難題之一,而最近發現的宇宙加速膨脹使問題更加複雜:要維持一個旋轉星系的穩定,必須有神秘的「暗物質」施加額外的引力;而要使宇宙加速膨脹,則需要「暗能量」施加超過星系之間引力作用的斥力。造成這種尷尬的原因很可能是科學家們對引力和天體運動規律認識的侷限造成的。引力是英國科學家牛頓在前人研究太陽系內行星的運動的基礎上提出的。後來物理學家愛因斯坦在廣義相對論的框架上予以重新描述。引力雖然成功地描述了太陽系內行星的運動,但是在宇宙大尺度上卻沒有真正得到過實驗的證實。而且美國航空航天局的科學家在多年前就發現,他們發射到太陽系以外的航天器的運動速度比以萬有引力計算出的較慢,偏離按照萬有引力定律所計算的軌跡。引力也是長期以來使科學家們最頭疼的一種相互作用,它的很多性質與其它相互作用力格格不入。太陽系的尺度與宇宙的尺度相比實在太小,把太陽系的觀測結果無限外推到宇宙尺度是否可行,令人懷疑。或許這就是背後的原因。設想牛頓先知道現在觀測到的星系的運動,而不是太陽系中的行星運動,他也許根本不會提出他的萬有引力理論,就是提出也不太可能是今天我們知道的這個理論。來自暗能量望遠鏡的觀測結果或許能為科學家們提供這方面的線索。

參考文獻:

1.http://www.chicagotribune.com/news/nationworld/chi-0208300266aug30.story?coll=chi%2Dnewsnationworld%2Dhed
2.http://www.nature.com/nsu/020812/020812-2.html
3.The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 330, No. 2, 21 February 2002.
4.NASA News Release: http://www1.msfc.nasa.gov/NEWSROOM/news/releases/2001/01-199.html
5.http://www3.cosmiverse.com/news/space/0702/space07170203image1.html

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