'宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟'

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宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

瞭解宇宙的誕生及其最終命運是揭示其運作機制必不可少的第一步。反過來,這需要了解其始於大爆炸的歷史。

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宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

瞭解宇宙的誕生及其最終命運是揭示其運作機制必不可少的第一步。反過來,這需要了解其始於大爆炸的歷史。

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圖解:描述宇宙膨脹的藝術構想圖,其中橫座標表示宇宙演化的時間,而對應的空間尺寸(包括想象中的不可觀測部分)都用相應的圓橫截面表示。左端表示在暴脹時期發生的急速膨脹(注意不成實際比例),而當宇宙演化到中期時開始加速膨脹。而微波背景輻射的形成、恆星形成、星系形成以及WMAP的出現都在相應的時間上表示出來。 圖片來自2006年的WMAP新聞發佈會。

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瞭解宇宙的誕生及其最終命運是揭示其運作機制必不可少的第一步。反過來,這需要了解其始於大爆炸的歷史。

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圖解:描述宇宙膨脹的藝術構想圖,其中橫座標表示宇宙演化的時間,而對應的空間尺寸(包括想象中的不可觀測部分)都用相應的圓橫截面表示。左端表示在暴脹時期發生的急速膨脹(注意不成實際比例),而當宇宙演化到中期時開始加速膨脹。而微波背景輻射的形成、恆星形成、星系形成以及WMAP的出現都在相應的時間上表示出來。 圖片來自2006年的WMAP新聞發佈會。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

美國航天局過去使用宇宙微波背景探測器(COBE)和威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)進行的調查測量了宇宙僅有“30萬歲”時的輻射,證實了其早期演化的理論模型。隨著靈敏度和分辨率的提高,歐洲空間局的普朗克天文臺在其兩年的巡天中探測長波天空到新的深度,為宇宙最初幾個時刻的物理學提供了嚴格的新約束。此外,在這些初始瞬間由引力波留下的宇宙微波背景(CMB)上所謂的B模式偏振模式的可能檢測和研究將為我們今天觀察到的大尺度結構如何形成提供線索。

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瞭解宇宙的誕生及其最終命運是揭示其運作機制必不可少的第一步。反過來,這需要了解其始於大爆炸的歷史。

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圖解:描述宇宙膨脹的藝術構想圖,其中橫座標表示宇宙演化的時間,而對應的空間尺寸(包括想象中的不可觀測部分)都用相應的圓橫截面表示。左端表示在暴脹時期發生的急速膨脹(注意不成實際比例),而當宇宙演化到中期時開始加速膨脹。而微波背景輻射的形成、恆星形成、星系形成以及WMAP的出現都在相應的時間上表示出來。 圖片來自2006年的WMAP新聞發佈會。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

美國航天局過去使用宇宙微波背景探測器(COBE)和威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)進行的調查測量了宇宙僅有“30萬歲”時的輻射,證實了其早期演化的理論模型。隨著靈敏度和分辨率的提高,歐洲空間局的普朗克天文臺在其兩年的巡天中探測長波天空到新的深度,為宇宙最初幾個時刻的物理學提供了嚴格的新約束。此外,在這些初始瞬間由引力波留下的宇宙微波背景(CMB)上所謂的B模式偏振模式的可能檢測和研究將為我們今天觀察到的大尺度結構如何形成提供線索。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

圖解:威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)拍攝到宇宙在大爆炸發生後宇宙微波背景的影像

哈勃太空望遠鏡和其他觀測站的觀測表明,宇宙正在以不斷增長的速度擴張,這意味著有一天 - 在遙遠的未來 - 任何仰望夜空的人都只會看到我們的銀河及其恆星。這些未來的觀察者將會發現數十億其他星系已經遠去。推動宇宙分離的力量的起源是一個謎,天文學家將其簡稱為“暗能量”。這個新的,未知的成分,佔宇宙質能含量的約68%,將決定所有物質的最終命運。確定暗能量的本質,以及它在宇宙時內可能的歷史,也許是未來十年天文學最重要的探索,也是宇宙學、天體物理學和基礎物理學的交叉點。

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圖解:描述宇宙膨脹的藝術構想圖,其中橫座標表示宇宙演化的時間,而對應的空間尺寸(包括想象中的不可觀測部分)都用相應的圓橫截面表示。左端表示在暴脹時期發生的急速膨脹(注意不成實際比例),而當宇宙演化到中期時開始加速膨脹。而微波背景輻射的形成、恆星形成、星系形成以及WMAP的出現都在相應的時間上表示出來。 圖片來自2006年的WMAP新聞發佈會。

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美國航天局過去使用宇宙微波背景探測器(COBE)和威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)進行的調查測量了宇宙僅有“30萬歲”時的輻射,證實了其早期演化的理論模型。隨著靈敏度和分辨率的提高,歐洲空間局的普朗克天文臺在其兩年的巡天中探測長波天空到新的深度,為宇宙最初幾個時刻的物理學提供了嚴格的新約束。此外,在這些初始瞬間由引力波留下的宇宙微波背景(CMB)上所謂的B模式偏振模式的可能檢測和研究將為我們今天觀察到的大尺度結構如何形成提供線索。

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圖解:威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)拍攝到宇宙在大爆炸發生後宇宙微波背景的影像

哈勃太空望遠鏡和其他觀測站的觀測表明,宇宙正在以不斷增長的速度擴張,這意味著有一天 - 在遙遠的未來 - 任何仰望夜空的人都只會看到我們的銀河及其恆星。這些未來的觀察者將會發現數十億其他星系已經遠去。推動宇宙分離的力量的起源是一個謎,天文學家將其簡稱為“暗能量”。這個新的,未知的成分,佔宇宙質能含量的約68%,將決定所有物質的最終命運。確定暗能量的本質,以及它在宇宙時內可能的歷史,也許是未來十年天文學最重要的探索,也是宇宙學、天體物理學和基礎物理學的交叉點。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

圖解:繪圖顯示,宇宙是否穩定,還是隻是長壽泡沫,這要依希格斯玻色子與頂夸克的質量而定。直至2012年為止,從兆電子伏特加速器與大型強子對撞機實驗數據得到的2σ橢圓,仍舊允許這兩種可能結局。

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圖解:描述宇宙膨脹的藝術構想圖,其中橫座標表示宇宙演化的時間,而對應的空間尺寸(包括想象中的不可觀測部分)都用相應的圓橫截面表示。左端表示在暴脹時期發生的急速膨脹(注意不成實際比例),而當宇宙演化到中期時開始加速膨脹。而微波背景輻射的形成、恆星形成、星系形成以及WMAP的出現都在相應的時間上表示出來。 圖片來自2006年的WMAP新聞發佈會。

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美國航天局過去使用宇宙微波背景探測器(COBE)和威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)進行的調查測量了宇宙僅有“30萬歲”時的輻射,證實了其早期演化的理論模型。隨著靈敏度和分辨率的提高,歐洲空間局的普朗克天文臺在其兩年的巡天中探測長波天空到新的深度,為宇宙最初幾個時刻的物理學提供了嚴格的新約束。此外,在這些初始瞬間由引力波留下的宇宙微波背景(CMB)上所謂的B模式偏振模式的可能檢測和研究將為我們今天觀察到的大尺度結構如何形成提供線索。

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圖解:威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)拍攝到宇宙在大爆炸發生後宇宙微波背景的影像

哈勃太空望遠鏡和其他觀測站的觀測表明,宇宙正在以不斷增長的速度擴張,這意味著有一天 - 在遙遠的未來 - 任何仰望夜空的人都只會看到我們的銀河及其恆星。這些未來的觀察者將會發現數十億其他星系已經遠去。推動宇宙分離的力量的起源是一個謎,天文學家將其簡稱為“暗能量”。這個新的,未知的成分,佔宇宙質能含量的約68%,將決定所有物質的最終命運。確定暗能量的本質,以及它在宇宙時內可能的歷史,也許是未來十年天文學最重要的探索,也是宇宙學、天體物理學和基礎物理學的交叉點。

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圖解:繪圖顯示,宇宙是否穩定,還是隻是長壽泡沫,這要依希格斯玻色子與頂夸克的質量而定。直至2012年為止,從兆電子伏特加速器與大型強子對撞機實驗數據得到的2σ橢圓,仍舊允許這兩種可能結局。

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如果我們要了解宇宙是如何運作的,那麼知道物理定律如何在空間和時間的極端條件下,黑洞或中子星附近表現,也是我們必須獲得的一片重要拼圖。目前在X射線和伽馬射線能量下運行的天文臺,如錢德拉X射線天文臺,核分光望遠鏡陣,費米γ射線空間望遠鏡和歐洲航天局的 XMM牛頓望遠鏡,正在產生大量關於緻密源附近物質條件的信息,這些物質處於地球上無法達到的極端重力場中。

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圖解:描述宇宙膨脹的藝術構想圖,其中橫座標表示宇宙演化的時間,而對應的空間尺寸(包括想象中的不可觀測部分)都用相應的圓橫截面表示。左端表示在暴脹時期發生的急速膨脹(注意不成實際比例),而當宇宙演化到中期時開始加速膨脹。而微波背景輻射的形成、恆星形成、星系形成以及WMAP的出現都在相應的時間上表示出來。 圖片來自2006年的WMAP新聞發佈會。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

美國航天局過去使用宇宙微波背景探測器(COBE)和威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)進行的調查測量了宇宙僅有“30萬歲”時的輻射,證實了其早期演化的理論模型。隨著靈敏度和分辨率的提高,歐洲空間局的普朗克天文臺在其兩年的巡天中探測長波天空到新的深度,為宇宙最初幾個時刻的物理學提供了嚴格的新約束。此外,在這些初始瞬間由引力波留下的宇宙微波背景(CMB)上所謂的B模式偏振模式的可能檢測和研究將為我們今天觀察到的大尺度結構如何形成提供線索。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

圖解:威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)拍攝到宇宙在大爆炸發生後宇宙微波背景的影像

哈勃太空望遠鏡和其他觀測站的觀測表明,宇宙正在以不斷增長的速度擴張,這意味著有一天 - 在遙遠的未來 - 任何仰望夜空的人都只會看到我們的銀河及其恆星。這些未來的觀察者將會發現數十億其他星系已經遠去。推動宇宙分離的力量的起源是一個謎,天文學家將其簡稱為“暗能量”。這個新的,未知的成分,佔宇宙質能含量的約68%,將決定所有物質的最終命運。確定暗能量的本質,以及它在宇宙時內可能的歷史,也許是未來十年天文學最重要的探索,也是宇宙學、天體物理學和基礎物理學的交叉點。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

圖解:繪圖顯示,宇宙是否穩定,還是隻是長壽泡沫,這要依希格斯玻色子與頂夸克的質量而定。直至2012年為止,從兆電子伏特加速器與大型強子對撞機實驗數據得到的2σ橢圓,仍舊允許這兩種可能結局。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

如果我們要了解宇宙是如何運作的,那麼知道物理定律如何在空間和時間的極端條件下,黑洞或中子星附近表現,也是我們必須獲得的一片重要拼圖。目前在X射線和伽馬射線能量下運行的天文臺,如錢德拉X射線天文臺,核分光望遠鏡陣,費米γ射線空間望遠鏡和歐洲航天局的 XMM牛頓望遠鏡,正在產生大量關於緻密源附近物質條件的信息,這些物質處於地球上無法達到的極端重力場中。

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相關天文知識

宇宙微波背景是宇宙學中“大爆炸”遺留下來的熱輻射。在早期的文獻中,“宇宙微波背景”稱為“宇宙微波背景輻射”(CMBR)或“遺留輻射”,是一種充滿整個宇宙的電磁輻射。特徵和絕對溫標2.725K的黑體輻射相同。頻率屬於微波範圍。宇宙微波背景是宇宙背景輻射之一,為觀測宇宙學的基礎,因其為宇宙中最古老的光,可追溯至再複合時期。利用傳統的光學望遠鏡,恆星和星系之間的空間(背景)是一片漆黑。

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圖解:描述宇宙膨脹的藝術構想圖,其中橫座標表示宇宙演化的時間,而對應的空間尺寸(包括想象中的不可觀測部分)都用相應的圓橫截面表示。左端表示在暴脹時期發生的急速膨脹(注意不成實際比例),而當宇宙演化到中期時開始加速膨脹。而微波背景輻射的形成、恆星形成、星系形成以及WMAP的出現都在相應的時間上表示出來。 圖片來自2006年的WMAP新聞發佈會。

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美國航天局過去使用宇宙微波背景探測器(COBE)和威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)進行的調查測量了宇宙僅有“30萬歲”時的輻射,證實了其早期演化的理論模型。隨著靈敏度和分辨率的提高,歐洲空間局的普朗克天文臺在其兩年的巡天中探測長波天空到新的深度,為宇宙最初幾個時刻的物理學提供了嚴格的新約束。此外,在這些初始瞬間由引力波留下的宇宙微波背景(CMB)上所謂的B模式偏振模式的可能檢測和研究將為我們今天觀察到的大尺度結構如何形成提供線索。

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圖解:威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)拍攝到宇宙在大爆炸發生後宇宙微波背景的影像

哈勃太空望遠鏡和其他觀測站的觀測表明,宇宙正在以不斷增長的速度擴張,這意味著有一天 - 在遙遠的未來 - 任何仰望夜空的人都只會看到我們的銀河及其恆星。這些未來的觀察者將會發現數十億其他星系已經遠去。推動宇宙分離的力量的起源是一個謎,天文學家將其簡稱為“暗能量”。這個新的,未知的成分,佔宇宙質能含量的約68%,將決定所有物質的最終命運。確定暗能量的本質,以及它在宇宙時內可能的歷史,也許是未來十年天文學最重要的探索,也是宇宙學、天體物理學和基礎物理學的交叉點。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

圖解:繪圖顯示,宇宙是否穩定,還是隻是長壽泡沫,這要依希格斯玻色子與頂夸克的質量而定。直至2012年為止,從兆電子伏特加速器與大型強子對撞機實驗數據得到的2σ橢圓,仍舊允許這兩種可能結局。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

如果我們要了解宇宙是如何運作的,那麼知道物理定律如何在空間和時間的極端條件下,黑洞或中子星附近表現,也是我們必須獲得的一片重要拼圖。目前在X射線和伽馬射線能量下運行的天文臺,如錢德拉X射線天文臺,核分光望遠鏡陣,費米γ射線空間望遠鏡和歐洲航天局的 XMM牛頓望遠鏡,正在產生大量關於緻密源附近物質條件的信息,這些物質處於地球上無法達到的極端重力場中。

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宇宙微波背景是宇宙學中“大爆炸”遺留下來的熱輻射。在早期的文獻中,“宇宙微波背景”稱為“宇宙微波背景輻射”(CMBR)或“遺留輻射”,是一種充滿整個宇宙的電磁輻射。特徵和絕對溫標2.725K的黑體輻射相同。頻率屬於微波範圍。宇宙微波背景是宇宙背景輻射之一,為觀測宇宙學的基礎,因其為宇宙中最古老的光,可追溯至再複合時期。利用傳統的光學望遠鏡,恆星和星系之間的空間(背景)是一片漆黑。

宇宙究竟是如何運作的?天文學家給出了自己的答案,看完恍然大悟

圖解:本圖並列了研究本現象不同時期的設備與成果。由上往下依序是彭齊亞斯和威爾遜時期,COBE時期、WMAP時期和COBRAS/SAMBA時期。

然而,利用靈敏的輻射望遠鏡可發現微弱的背景輝光,且在各個方向上幾乎一模一樣,與任何恆星,星系或其他對象都毫無關係。這種光的電磁波譜在微波區域最強。1964年美國射電天文學家阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜偶然發現宇宙微波背景,這一發現是基於於1940年代開始的研究,並於1978年獲得諾貝爾獎。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. nasa-大臉喵

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