北京時(shí)間 7 月 9 日消息，據國外媒體報道，環(huán)顧太空，你會(huì )發(fā)現很多東西——行星、恒星、衛星，甚至星系本身——都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們在旋轉。那么，宇宙也在旋轉嗎?

　　宇宙學(xué)家一直在積極研究這個(gè)謎團，因為這個(gè)問(wèn)題的答案能告訴我們宇宙的基本性質(zhì)。“和大多數宇宙學(xué)問(wèn)題一樣，這也是一個(gè)非常抽象的問(wèn)題，但宇宙學(xué)研究者認為，這是研究基礎物理學(xué)的一種方法，有些東西無(wú)法在地球的實(shí)驗室里進(jìn)行驗證，所以人們利用宇宙和宇宙的幾何結構，從中獲得一些關(guān)于基礎物理學(xué)的新發(fā)現。

　　在思考宇宙的基本性質(zhì)時(shí)，科學(xué)家首先假設宇宙并沒(méi)有在旋轉，而是各向同性的，即宇宙在各個(gè)方向上看起來(lái)都是一樣的，這個(gè)假設與愛(ài)因斯坦的方程一致，但又不是這些方程所要求的，基于這種想法，科學(xué)家建立了一個(gè)描述宇宙的標準宇宙學(xué)模型。

　　這種假設已經(jīng)整合到計算方法中，分析數據和做其他很多事情的方式也與此有關(guān)，但這種假設必須得到驗證，科學(xué)研究不能只抱著(zhù)最好的希望。

　　為了了解這些關(guān)于宇宙及其基本物理學(xué)的假設是否正確，科學(xué)家收集了觀(guān)測數據，對模型進(jìn)行驗證。他們特別使用了來(lái)自宇宙微波背景(cosmic microwave background，簡(jiǎn)稱(chēng) CMB)的輻射數據。這些輻射是我們所能觀(guān)測到的宇宙中最古老的光——在大爆炸后 38 萬(wàn)年時(shí)發(fā)出——堪稱(chēng)宇宙學(xué)家研究宇宙的信息寶庫。

　　宇宙微波背景輻射在各個(gè)方向上看起來(lái)幾乎是一樣的，但顯示出微小的溫度變化(只有千分之一度)，這種變化來(lái)自于宇宙歷史、內容和幾何形狀的影響。通過(guò)研究這些差異，科學(xué)家可以看到宇宙是否以某種方式被扭曲——意味著(zhù)一個(gè)方向上的旋轉或膨脹比另一個(gè)方向增加得更多，測量光的偏振(本質(zhì)上就是光的方向)同樣可以提供關(guān)于宇宙幾何結構的信息。

　　科學(xué)家發(fā)現，宇宙微波背景輻射沒(méi)有顯示出宇宙在旋轉的證據。此外，根據一項研究顯示，宇宙各向同性的可能性是 120000∶1，這意味著(zhù)無(wú)論你朝哪個(gè)方向看，宇宙看起來(lái)都是一樣的，另一項研究發(fā)現，宇宙有 95% 的幾率是均勻的，表明在大尺度上，宇宙的任何地方都是相同的。

　　所有這些研究都表明，宇宙在很大程度上是均勻的，而且沒(méi)有在旋轉。這個(gè)結論很可能不會(huì )改變，未來(lái)幾十年里，天文學(xué)家對宇宙微波背景輻射的偏振測量可能會(huì )有所改善，但新的數據不太可能挑戰之前的發(fā)現。

　　宇宙沒(méi)有在旋轉的結果對于基于這一假設建立模型的宇宙學(xué)家來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一種解脫，而這也提供了一個(gè)關(guān)于我們在宇宙中位置的有趣視角。之所以提出這個(gè)問(wèn)題，其實(shí)是源于認為人類(lèi)是宇宙中心的想法，事實(shí)上，我們是如此的渺小和微不足道，這真的很有趣。

　　宇宙微波背景

　　宇宙微波背景是宇宙學(xué)中“大爆炸”遺留下來(lái)的熱輻射，是一種充滿(mǎn)整個(gè)宇宙的電磁輻射，其特征與絕對溫標 2.725K 的黑體輻射相同。宇宙微波背景的發(fā)現被認為是檢驗大爆炸宇宙模型的里程碑，其觀(guān)測數據有時(shí)被稱(chēng)為“大爆炸理論的四大支柱”之一(另外三種觀(guān)測數據分別是從星系紅移觀(guān)測到的哈勃膨脹、宇宙間輕元素的豐度，以及大尺度結構和星系的演化)。

　　20 世紀 40 年代，物理學(xué)家拉爾夫·阿爾菲和羅伯特·赫爾曼研究了宇宙大爆炸理論，提出若大爆炸存在，則宇宙膨脹應該會(huì )拉長(cháng)，并將極早期宇宙的高能輻射冷卻到微波范圍，并降溫至大約 5K。換句話(huà)說(shuō)，他們預言了宇宙微波背景的存在，然而，當時(shí)這一預言并沒(méi)有引起人們的關(guān)注。1964 年，美國射電天文學(xué)家阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜偶然發(fā)現了宇宙微波背景，他們也因此獲得了 1978 年的諾貝爾物理學(xué)獎。

　　最有名的宇宙微波背景輻射觀(guān)測實(shí)驗可能是美國國家航天航空局(NASA)的宇宙背景探測者(COBE)衛星，運行時(shí)間為 1989—1996 年。該實(shí)驗在有限的探測能力下探測并定量了大尺度的各向異性。根據 COBE 的測量結果，宇宙微波背景輻射譜非常精確地符合溫度為 2.726±0.010K 的黑體輻射譜，證實(shí)了銀河系相對于背景輻射有一個(gè)相對的運動(dòng)速度。

　　數據分析結果還表明，扣除掉這個(gè)速度對測量結果的影響，以及銀河系內物質(zhì)輻射的干擾，宇宙背景輻射具有高度各向同性，溫度漲落的幅度只有大約百萬(wàn)分之五。目前的主流理論認為，這個(gè)溫度漲落起源于宇宙在形成初期極小尺度上的量子漲落，它隨著(zhù)宇宙的暴脹而放大到宇宙學(xué)的尺度上，并且正是由于溫度的漲落，造成宇宙物質(zhì)分布的不均勻性，最終得以形成諸如星系團等大尺度結構。

　　2001 年 6 月，NASA 推出了第二個(gè)宇宙微波背景太空任務(wù)，即威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)，以更精確地測量整個(gè)天空的大尺度各向異性，該任務(wù)在 2003 年披露了首次結果，顯示與宇宙暴脹及其他理論的預期大致相符。

　　WMAP 對宇宙微波背景在不同方向上漲落的測量表明，宇宙的年齡是 137±1 億年，在宇宙的組成成分中，4% 是一般物質(zhì)，23% 是暗物質(zhì)，73% 是暗能量;宇宙目前的膨脹速度是每秒 71 公里每百萬(wàn)秒差距;宇宙空間是近乎于平坦的，它經(jīng)歷過(guò)暴脹的過(guò)程，并且會(huì )一直膨脹下去。

　　歐洲空間局(ESA)的普朗克衛星是第三個(gè)觀(guān)測宇宙微波背景的太空任務(wù)，于 2009 年 5 月升空，目前正在進(jìn)行更詳細的觀(guān)測。
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