騰訊科技訊（Everett/編譯）據(jù)國外媒體報(bào)道，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在大約六十億年前，宇宙正在發(fā)生一場基本性質(zhì)的變革，宇宙在內(nèi)部所包含的萬物引力作用下正逐漸減緩膨脹的速度，隨著膨脹導(dǎo)致的物質(zhì)間疏遠(yuǎn)，密度下降，暗能量接管了宇宙的主導(dǎo)權(quán)，開始了直至今日加速膨脹過程。現(xiàn)在，重子振蕩光譜巡天（BOSS）計(jì)劃作為斯隆巡天III（SDSS III）最大的組成部分，以迄今最高的測量精度對六十億年前那段宇宙變革時期繪制大尺度的分布地圖，研究暗能量被“激活”時的情況。
從宇宙大爆炸的微波背景輻射到38億年前的星系分布圖
根據(jù)隸屬于美國能源部的勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室 (伯克利實(shí)驗(yàn)室）物理組的科學(xué)家、重子振蕩光譜巡天（BOSS）的首席物理學(xué)家大衛(wèi)·施萊格爾（David Schlegel）介紹：我們已經(jīng)繪制出宇宙在大爆炸后的五億至七億年間精確的大尺度結(jié)構(gòu)圖，這是對銀河系之外的宇宙物質(zhì)進(jìn)行最詳細(xì)的測量。我們的目的是將時間的箭頭推往六十億年前的宇宙變革期，試圖通過相關(guān)模擬實(shí)驗(yàn)找出由暗能量被“激活”導(dǎo)致的宇宙加速膨脹原因。
然而，如何測量宇宙的加速膨脹的速率呢？早在十四年前，伯克利實(shí)驗(yàn)室與高紅移超新星搜索小組（High-z Supernova）進(jìn)行的兩個超新星宇宙學(xué)計(jì)劃發(fā)現(xiàn)了宇宙加速膨脹的現(xiàn)象，因此2011年的諾貝爾獎授予了超新星宇宙學(xué)計(jì)劃的科學(xué)家佩爾穆特（Saul Perlmutter）與高紅移超新星搜索小組成員布賴恩·施密特（Brian Schmidt）和亞當(dāng)（Adam Riess）。高紅移超新星搜索原理則根據(jù)1a型超新星的紅移值來推算宇宙加速膨脹的速率。科學(xué)家認(rèn)為暗能量可能具有我們前所未知的行為方式。
研究暗能量在宇宙加速膨脹中所起的作用，首先要了解詳細(xì)的膨脹歷史過程，探索宇宙膨脹過程與搜尋超新星并計(jì)算紅移值不同，重子振蕩光譜巡天使用了一種被稱為重子聲學(xué)振蕩（BAO）的技術(shù)來確定遙遠(yuǎn)星系的距離。該技術(shù)是通過測量震蕩波在宇宙大尺度結(jié)構(gòu)上形成的高密區(qū)，以發(fā)現(xiàn)暗能量在其中所起的作用。大尺度結(jié)構(gòu)上的宇宙如同一張纖細(xì)而留有空隙的網(wǎng)，星系團(tuán)則是最密集的突起結(jié)構(gòu)，由于其具有循環(huán)規(guī)律性，因此科學(xué)家可以通過精確測量星系對之間的角度推出它們的距離，如果這個角度值越小，那么他們的距離就更遠(yuǎn)。
了解到觀測對象的距離也就知道了它們的年齡，因?yàn)楣馑偈呛愣ǖ摹Ｓ钪娴募铀倥蛎浛梢杂杀挥^測天體的紅移值來衡量，當(dāng)?shù)厍蛩邮艿降倪b遠(yuǎn)天體光譜向紅光方向移動時，這就說明它遠(yuǎn)離我們而去。根據(jù)伯克利實(shí)驗(yàn)室物理學(xué)家、加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)與物理學(xué)教授、重子振蕩光譜巡天科學(xué)小組負(fù)責(zé)人馬丁·懷特（Martin White）認(rèn)為：重子振蕩光譜巡天計(jì)劃掃描了3275平方度的天區(qū)，建立起32.73萬個星系的三維空間地圖，對宇宙高密度區(qū)域進(jìn)行了巨大樣本調(diào)查，是該巡天計(jì)劃的第一大成果。重子振蕩光譜巡天發(fā)現(xiàn)的平均紅移值為0.57，相當(dāng)于60億光年。
重子聲學(xué)振蕩起源于重子有規(guī)則地“團(tuán)聚”，當(dāng)宇宙還處于光和物質(zhì)混沌在一起的類似一鍋“湯”的時期，在聲波穿過宇宙形成了有規(guī)則變化的高密區(qū)。在大爆炸之后在38萬年，高速膨脹的時空冷卻了這鍋“湯”的溫度，使得重子凝結(jié)成氫原子，而看不見的暗物質(zhì)也屬于這鍋“燙”的一部分。這一時期宇宙密度的變化可被宇宙微波背景輻射的溫度變化所記錄下來，在微波背景輻射信號越“溫暖”的區(qū)域，其物質(zhì)密度就更大些。
因此，可以通過宇宙微波背景輻射來確定重子聲學(xué)振蕩的基本尺度，進(jìn)而推出宇宙加速膨脹的歷史過程。如果暗能量不是一種未知的力場或者某種物質(zhì)，而是作為愛因斯坦廣義相對論的一個缺陷，那么我們是否要建立一個更好的引力理論？廣義相對論預(yù)言一個星系團(tuán)以多快的速率相對另一個星系團(tuán)運(yùn)動，那么疊加起來的效應(yīng)就能導(dǎo)致宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)以相同的速率發(fā)生膨脹，這就意味著任何偏離該理論預(yù)測值的發(fā)現(xiàn)都可使得廣義相對論出現(xiàn)缺陷。
勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家貝絲里德（Beth Reid）認(rèn)為：我們在過去依靠紅移來推算宇宙的膨脹速率，但是紅移值卻不是各處都相同的，因?yàn)樾窍翟陔S著宇宙加速膨脹過程中，也有自己的運(yùn)動速度，而星系團(tuán)更“喜歡”往高密度的區(qū)域聚集。因此，對于精確確定宇宙的加速膨脹，就需要合適的工具和理論。重子振蕩光譜巡天獲得了位于新墨西哥州阿帕奇山的Apache Point天文臺2.5米斯隆數(shù)字化廣域巡天望遠(yuǎn)鏡的支持，該望遠(yuǎn)鏡目前依然是世界上最強(qiáng)的寬視場光譜設(shè)備。通過每15分鐘一次的曝光，可以覆蓋三度的天區(qū)，一千個光纖使用手工安裝到鋁制插件槽并定位望遠(yuǎn)鏡的焦平面。
據(jù)伯克利實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家斯蒂芬·貝利（Stephen Bailey）介紹：由重子振蕩光譜巡天收集到的所有數(shù)據(jù)都通過伯克利實(shí)驗(yàn)室中的一個特制數(shù)據(jù)處理管道，將其轉(zhuǎn)換為我們可利用的形式，目標(biāo)是統(tǒng)計(jì)出數(shù)十萬計(jì)的星系數(shù)目，將它們的二維坐標(biāo)標(biāo)出，附上對應(yīng)的紅移值，最終的統(tǒng)計(jì)規(guī)模將超過百萬個星系，計(jì)劃將持續(xù)到2014年，全部的數(shù)據(jù)處理由黎曼計(jì)算機(jī)群完成。
當(dāng)前的宇宙模型認(rèn)為我們的宇宙是一個歐式幾何結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生于137億年前的大爆炸，其中四分之一是暗物質(zhì)，諸如星系、恒星等可見物質(zhì)僅僅占了幾個百分點(diǎn)，余下的組分被認(rèn)為暗能量，即愛因斯坦的宇宙常數(shù)。物理學(xué)家大衛(wèi)·施萊格爾認(rèn)為：迄今為止，我們?nèi)〉昧藢Π的芰孔畹拖薅鹊挠^察，宇宙常數(shù)可能是一種最簡單的解釋，但是事實(shí)上，宇宙常數(shù)是未經(jīng)過任何驗(yàn)證的，但其符合觀測數(shù)據(jù)，而我們也僅有這么一點(diǎn)數(shù)據(jù)，如果暗能量被“激活”的宇宙時期潛伏著某種驚人的奧秘，我們希望能發(fā)現(xiàn)它。
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本文標(biāo)題：揭秘宇宙膨脹之謎 發(fā)現(xiàn)暗能量被“激活”事件
地址：http://www.sdlzkt.com/a/kandian/20120401/47190.html
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